Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля

Индивидуальные вещества характеризуются строго определёнными температурами переходов из одного агрегатного состояния в другое (темпе­ратура кипения, температура плавления, температура сублимации и т. п.).

Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие растворённого вещест­ва повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания рас­творов, и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. В большинстве слу­чаев из раствора кристаллизуется (при замерзании) или выкипает (при кипе­нии) только растворитель, вследствие чего концентрация раствора в ходе его замерзания или кипения возрастает. Это, в свою очередь, приводит к ещё большему повышению температуры кипения и снижению температуры кри­сталлизации. Таким образом, раствор кристаллизуется и кипит не при опре­делённой температуре, а в некотором температурном интервале. Темпера­туру начала кристаллизации и начала кипения данного раствора называют его температурой кристаллизации и температурой кипения.

Разность между температурами кипения раствора t_к и чистого раство­рителя t_ок называют повышением температуры кипения раствора ∆t_к. Раз­ность между температурами замерзания чистого растворителя t_оз и раствора t_з называют понижением температуры замерзания раствора ∆t_з.

∆t_к = t_к – t_ок; ∆t_з = t_оз – t_з.

Всякая жидкость начинает кипеть при той температуре, при которой давление её насыщенного пара достигает величины внешнего давления. На­пример, вода при атмосферном давлением 101,3 кПа кипит при 100 °С пото­му, что при этой температуре давление водяного пара как раз равно 101,3 кПа. Если же растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление её пара понизится. Чтобы довести давление пара полученного рас­твора до 101,3 кПа, нужно нагреть раствор выше 100 °С. Отсюда следует, что температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя. Аналогично объясняется и понижение температуры замерзания растворов.

Повышение температуры кипения и понижение температуры замерза­ния растворов соответствуют принципу Ле Шателье. Рассмотрим процесс за­мерзание раствора. Пусть имеется равновесие между жидкостью и твёрдой фазой, например, равновесие вода – лёд при 0 °С. Его можно выразить урав­нением

Н2О(к) ←→ Н2О(ж)

Если растворить в воде некоторое количество какого-либо вещества, то концентрация молекул воды в жидкости понизится и пойдёт процесс, увели­чивающий её, – плавление льда. Для установления нового равновесия необ­ходимо понизить температуру.