溶液凝固点下降的微观解释?
如题
也许就像往浆糊里面掺沙子,浆糊就不容易粘在一起了,对于溶剂来说就是使分子间作用力的影响受到阻碍,所以不容易互相连接成结晶。
物理化学差不多都还给老师了,强答一波。
在讨论这个问题时,我们可以先引入理想混合物(即液态混合物中的任一组分在全部浓度中都遵从Raoult定律者)的概念,认为各组分的分子大小及作用力,彼此相等或近似,当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时,没有能量的变化或空间结构的变化(Δmix H=0 Δmix V=0)。
当理想液体混合物与其蒸气达平衡时,理想液体混合物中任一组分B与气相中该组分的化学势相等。而由于压力不大,可以认为蒸气是理想气体的混合物,有:
理想液体混合物满足Raoult定律, ,代入上式,得:纯液相中, , 转化后 ,此式即可用于混合溶液。现在可以开始讨论凝固点下降的问题。假设在压力p下,溶液凝固点为 ,此时固液两相平衡:温度T下,有: 定压下,若使溶液的浓度有 的变化,则凝固点相应的变为 而重新平衡,即温度T+dT下,有:
所以: 即: 对于稀溶液, ,又由化学势定义 代入上式(这里我数学水平太差也没看懂),得:又因为 对于稀溶液 联立得: 设纯溶剂的凝固点为 ,浓度为 时溶液凝固点为 ,积分上式: 温度变化不大, 可视为常数,得:令 ,得:(第一步约化为泰勒展开取第一项,第二步约化为在稀溶液中 极小)所以有: 以上整理自《物理化学(上册)》(南京大学傅献彩版),希望对你有所帮助。首先,达到凝固点需要溶剂的固态蒸气压和溶液的蒸气压平衡,在微观上就是两相原子的能量达到平衡,其中以气体作为桥梁;接下来,就要看达到平衡时蒸气压的关系。当溶剂中添加了溶质后,表面上单位面积溶剂分子相应减少,因此减少了单位时间蒸发的溶剂数目,较低的蒸气压便可以达到气液平衡,也就是说相同温度下,溶液的蒸气压要低于纯液体的蒸气压。这就是稀溶液的拉乌尔定律。而且,不论固体还是液体,蒸气压都随著温度降低而降低,这也很好理解,因为温度降低,原子的热运动程度会降低。
有了以上三点,就可以将溶剂、溶液、固态三条蒸气压-温度曲线画出来(当然要考虑三者变化斜率,物理化学书里面给出的曲线)。溶剂的曲线高于溶液,而在凝固点附近,固态曲线在低温处与溶液相交,高温处与溶剂相交,因此溶液凝固点会下降。当然在定量分析,浓度增加,拉乌尔定律会有偏差,但不影响对其理解。
溶液凝固点降低是依数性的一种体现。对于凝固点降低,其物理图像是:由于溶质的存在,溶剂的浓度降低,而固态溶剂成分不变。在凝固点时,你可以认为是凝固与熔化的速率相同,所以处于一种平衡态。现在溶剂的浓度降低,则凝固速率变慢;而固态溶剂成分不变,所以熔化速率不变。所以溶液更难凝固,导致凝固点降低。——所以这需要要求溶质与溶剂不会形成固溶体。
我之前回答过类似的问题(已获得1000+赞同),希望有一些帮助。
知道一种水溶液的凝固点,怎么求它的沸点?
不是很复杂,和化学平衡有点类似。有常数,给定条件之后所有的都可以计算。
过程我说不明不白,怕误导你。我们学了两个学期才懂点皮毛,所以很难几个字说明白。
如果想深入研究,可以读一些物理化学的书,讲得很详细。
凝固是因为溶液与冰的蒸气压相同 如果蒸气压不同 那么蒸气压大的向蒸气压小的变化
这个问题也可以看做在向溶液中加入溶质后 在237k结冰 但是由于水中溶解了溶质 蒸气压下降 冰的蒸气压就相对变大 向水的方向变化 冰融化 所以需要更低的温度 让二者达到平衡
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