溶液凝固點下降的微觀解釋?
如題
也許就像往漿糊裡面摻沙子,漿糊就不容易粘在一起了,對於溶劑來說就是使分子間作用力的影響受到阻礙,所以不容易互相連接成結晶。
物理化學差不多都還給老師了,強答一波。
在討論這個問題時,我們可以先引入理想混合物(即液態混合物中的任一組分在全部濃度中都遵從Raoult定律者)的概念,認為各組分的分子大小及作用力,彼此相等或近似,當一種組分的分子被另一種組分的分子取代時,沒有能量的變化或空間結構的變化(Δmix H=0 Δmix V=0)。
當理想液體混合物與其蒸氣達平衡時,理想液體混合物中任一組分B與氣相中該組分的化學勢相等。而由於壓力不大,可以認為蒸氣是理想氣體的混合物,有:
理想液體混合物滿足Raoult定律, ,代入上式,得:純液相中, , 轉化後 ,此式即可用於混合溶液。現在可以開始討論凝固點下降的問題。假設在壓力p下,溶液凝固點為 ,此時固液兩相平衡:溫度T下,有: 定壓下,若使溶液的濃度有 的變化,則凝固點相應的變為 而重新平衡,即溫度T+dT下,有:
所以: 即: 對於稀溶液, ,又由化學勢定義 代入上式(這裡我數學水平太差也沒看懂),得:又因為 對於稀溶液 聯立得: 設純溶劑的凝固點為 ,濃度為 時溶液凝固點為 ,積分上式: 溫度變化不大, 可視為常數,得:令 ,得:(第一步約化為泰勒展開取第一項,第二步約化為在稀溶液中 極小)所以有: 以上整理自《物理化學(上冊)》(南京大學傅獻彩版),希望對你有所幫助。首先,達到凝固點需要溶劑的固態蒸氣壓和溶液的蒸氣壓平衡,在微觀上就是兩相原子的能量達到平衡,其中以氣體作為橋樑;接下來,就要看達到平衡時蒸氣壓的關係。當溶劑中添加了溶質後,表面上單位面積溶劑分子相應減少,因此減少了單位時間蒸發的溶劑數目,較低的蒸氣壓便可以達到氣液平衡,也就是說相同溫度下,溶液的蒸氣壓要低於純液體的蒸氣壓。這就是稀溶液的拉烏爾定律。而且,不論固體還是液體,蒸氣壓都隨著溫度降低而降低,這也很好理解,因為溫度降低,原子的熱運動程度會降低。
有了以上三點,就可以將溶劑、溶液、固態三條蒸氣壓-溫度曲線畫出來(當然要考慮三者變化斜率,物理化學書裡面給出的曲線)。溶劑的曲線高於溶液,而在凝固點附近,固態曲線在低溫處與溶液相交,高溫處與溶劑相交,因此溶液凝固點會下降。當然在定量分析,濃度增加,拉烏爾定律會有偏差,但不影響對其理解。
溶液凝固點降低是依數性的一種體現。對於凝固點降低,其物理圖像是:由於溶質的存在,溶劑的濃度降低,而固態溶劑成分不變。在凝固點時,你可以認為是凝固與熔化的速率相同,所以處於一種平衡態。現在溶劑的濃度降低,則凝固速率變慢;而固態溶劑成分不變,所以熔化速率不變。所以溶液更難凝固,導致凝固點降低。——所以這需要要求溶質與溶劑不會形成固溶體。
我之前回答過類似的問題(已獲得1000+贊同),希望有一些幫助。
知道一種水溶液的凝固點,怎麼求它的沸點?
不是很複雜,和化學平衡有點類似。有常數,給定條件之後所有的都可以計算。
過程我說不明不白,怕誤導你。我們學了兩個學期才懂點皮毛,所以很難幾個字說明白。
如果想深入研究,可以讀一些物理化學的書,講得很詳細。
凝固是因為溶液與冰的蒸氣壓相同 如果蒸氣壓不同 那麼蒸氣壓大的向蒸氣壓小的變化
這個問題也可以看做在向溶液中加入溶質後 在237k結冰 但是由於水中溶解了溶質 蒸氣壓下降 冰的蒸氣壓就相對變大 向水的方向變化 冰融化 所以需要更低的溫度 讓二者達到平衡
推薦閱讀: