II. NGUYÊN LÝ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG LE CHÂTELIER
4. Tính chất của dung dịch không điện ly
Do kết quả tương tác xảy ra giữa các tiểu phân của chất tan và dung môi, cũng như do sự giảm nồng độ các tiểu phân tự do của dung mơi trong q trình tạo thành dung dịch mà tính chất của chất tan, dung mơi thay đổi và khác với tính chất của dung dịch thu được. Ðiều này được chứng minh rõ ràng với hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng thể tích, độ tăng nhiệt độ sơi, hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi tinh chất.
Khi nồng độ chất tan tăng, ảnh hưởng của các yếu tố nói trên tăng mạnh làm cho tính chất của dung dịch trở nên phức tạp hơn. Việc nghiên cứu tính chất của các dung dịch đó rất khó, do đó, đến nay vẫn chưa có lý thuyết định lượng đối với những dung dịch có nồng độ cao.
Ðối với các dung dịch có nồng độ chất tan nhỏ, đặc biệt ở những nồng độ rất nhỏ, các ảnh hưởng của những yếu tố nói trên có thể bỏ qua, do đó dung dịch trở thành gần với lý tưởng, nghĩa là khơng có hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng thể tích. Trong những trường hợp như vậy tính chất của dung mơi hầu như khơng thay đổi, cịn các tính chất của dung dịch thì có một số thay đổi phụ thuộc bản chất chất tan, ví dụ như sự thay đổi màu sắc, nhưng có một số tính chất khác chỉ phụ thuộc nồng độ chất tan như áp suất hơi bảo hịa, nhiệt độ sơi, nhiệt độ đông đặc, áp suất thẩm thấu. Việc nghiên cứu các tính chất này tương đối đơn giản và đã xây dựng được lý thuyết định lượng hoàn chỉnh về chúng đối với các dung dịch lỏng và loãng.
Dưới đây sẽ lần lượt khảo sát các tính chất đó.
a). Áp suất hơi của dung dịch
Các dung dịch lỏng có áp suất hơi khác đáng kể so với dung môi tinh chất. Ðể hiểu được sự ảnh hưởng này chúng ta xem xét thí nghiệm sau:
Hình 5.4. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chất tan đến tính chất của dung mơi
Có hai cốc: một cốc đựng nước tinh chất và một cốc đựng dung dịch nước đường, đặt trong một chậu thủy tinh như hình 5.4. Sau một thời gian ta thấy thể tích của nước giảm cịn thể tích của dung dịch nước đường tăng.
Ðiều này chỉ có thể giải thích được khi áp suất hơi của dung môi tinh chất phải lớn hơn áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nghĩa là nếu hai bình độc lập nhau thì khi cân bằng lỏng hơi được thiết lập áp suất hơi tạo ra trên bề mặt dung môi tinh chất phải lớn hơn áp suất hơi tạo ra trên bề mặt dung dịch. Do đó trong một hệ kín sự hóa hơi mạnh của dung mơi tinh chất làm cân bằng lỏng hơi của dung dịch bị dịch chuyển theo chiều dung dịch phải hấp thụ hơi để làm giảm áp suất hơi trên bề mặt dung dịch. Sự hấp thụ hơi dung môi trên bề mặt dung dịch làm giảm áp suất hơi của dung môi trong hệ. Ðể đạt cân bằng lỏng hơi trở lại dung môi tinh chất phải bốc hơi thêm, do đó cân bằng lỏng hơi của dung môi tinh chất bị dịch chuyển theo chiều làm tăng áp suất hơi của dung môi tinh chất, kết quả là xảy ra sự chuyển dung môi tinh chất sang dung dịch.
Sự hiện diện của chất tan trong dung dịch làm giảm số phân tử dung môi tự do trong một đơn vị thể tích, do đó làm giảm số phân tử dung mơi trên bề mặt và do đó làm giảm khả năng hóa hơi của dung mơi.
Các nghiên cứu về áp suất hơi của dung dịch lỏng lý tưởng chứa chất tan không bay hơi được thực hiện bởi Francois M.Raoult và được cơng thức hóa như sau:
Ðường biểu diễn phương trình của định luật Raoult có dạng đường thẳng: y = ax + b.
Với:
Ví dụ 5.7. Tính áp suất hơi của dung dịch được tạo thành bằng cách hòa tan 158,0g đường Saccaroz (M = 342,3g) trong 643,5cm3 nước ở 250C, biết ở 250C khối lượng riêng của nước tinh chất là 0.9971g/cm3 và áp suất hơi của nước tinh chất là 23,76mmHg.
Giải:
Trong trường hợp chất tan bay hơi, thường gặp đối với các dung dịch lỏng-lỏng lý tưởng, phương trình mở rộng của dịnh luật Raoult có dạng.
Với:
Các dung dịch lý tưởng nghiệm đúng phương trình của định luật Raoult. Nếu phương trình khơng được nghiệm đúng ta có sự sai lệch. Sự sai lệch này có thể âm hoặc dương, nghĩa là áp suất hơi dung dịch có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với khi tính tốn bằng phương trình Raoult. Ðối với dung dịch chứa chất tan không bay hơi thường gặp sự sai lệch nhiều hơn so với dung dịch chứa chất tan bay hơi.
Ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan bay hơi theo phân mol của dung môi và chất tan được thể hiện ở hình 5.5.
Hình 5.5. Sự phụ thuộc của áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan bay hơi theo phân mol của dung môi và chất tan trong trường hợp lý tưởng và có xảy ra sai lệch