(Colligative Properties)

งานนำเสนอเรื่อง: "(Colligative Properties)"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 (Colligative Properties)
สมบัติคอลลิเกทีฟ (Colligative Properties) - สมบัติที่เปลี่ยนไปของตัวทำละลาย เมื่อเติมตัวถูกละลายลงไป - ไม่ขึ้นกับชนิดของตัวทำละลาย - ขึ้นกับจำนวนโมลของตัวถูกละลาย

2 1. การลดความดันไอ 2. การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด 3. การลดลงของจุดเยือกแข็ง 4. ความดันออสโมติก

3 ในการหาน้ำหนักโมเลกุล ของตัวถูกละลาย (solutes)
นำไปใช้ประโยชน์ ในการหาน้ำหนักโมเลกุล ของตัวถูกละลาย (solutes)

4 1. การลดความดันไอ the lowering of the vapor pressure of the solvent

5 P1 = x1 P1* = (1-x2) P1* = P1* - x2 P1* P1 - P1* = - x2 P1* = DP
Raoult’s law : = (1-x2) P1* = P1* - x2 P1* P1 - P1* = - x2 P1* = DP การลดลงของความดันไอ

6 จาก P1 - P1 * = DP = - x2 P1* DP = - x2 P1* = 0
ถ้า x2 = 0: (มีแต่ solvent ไม่มี solute) DP = - x2 P1* = 0 นั่นคือ P1= P1* : ความดันไอของระบบก็คือ ความดันไอของ pure solvent นั่นเอง

7 จาก P1 - P1 * = DP = - x2 P1* DP = - x2 P1* < 0
ถ้า x2 < 1: (มี solute ในระบบ) DP = - x2 P1* < 0 นั่นคือ P1 < P1* : ความดันไอของ solvent มีค่าลดลงกว่าความดันไอของ pure solvent

8 DP = - x2 P1* จาก จะแทนค่า x2 = moles solute
moles solute + moles solvent = moles solute = w2/M2 moles solvent w1/M1 เมื่อ moles solvent >> moles solute

9 DP = - x2 P1* = - w2/M2 P1* M2 = - w2 M1 P1* w1 DP w1/M1

10 ความเสถียรของเฟสสำหรับสารบริสุทธิ์
m T solid liquid gas Tb Tf Sgas > Sliq > Ssolid

11 2. การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด
Boiling point Elevation เมื่อเติมสารที่ไม่ระเหยลงไปใน ตัวทำละลายบริสุทธิ์ พบว่า ศักย์เคมีของตัวทำละลายจะลดลง m < m* เสมอ m = m * + RT ln xi

12 ไอ ไอ เติม solute ตัวทำละลาย ละลาย m < m* เสมอ

13 DG = 0 m < m* เสมอ Tb’ > Tb เสมอ m ml* ml mv* Tb Tb’ T
ที่จุดเดือด : liq vapor DG = 0 m < m* เสมอ Tb’ > Tb เสมอ m ml* ml mv* Tb Tb’ T Tb = boiling point

14 mv = ml = ml* + RT ln x1 mv - ml* = R ln x1 T T
ที่จุดเดือด : mv - ml* = R ln x1 T T จากนั้น diff เทียบกับอุณหภูมิ เมื่อ P คงที่ จาก Gibbs- Helmholtz’s equation: [ d (mi / T) ]P = - Hi / T2 dT

15 Hl * คือ molar enthalpy ของ pure solvent
จะได้ - [Hv - Hl *] = R d (ln x1) dT T 2 เมื่อ Hv คือ molar enthalpy ของไอ (บริสุทธิ์) Hl * คือ molar enthalpy ของ pure solvent และ DHvap = Hv - Hl* แทนค่า จัดรูปสมการใหม่ จะได้

16 - [DHvap] = R d (ln x1) dT T 2 - ln x1 = DHvap (Tb’ - Tb) R Tb Tb’

17 - ln x1 = DHvap (Tb’ - Tb) R Tb Tb’ Tb = Tb’ Tb Tb’ = Tb2
จากสมการ เทอม (Tb’ - Tb) ก็คือการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด DTb Tb = Tb’ Tb Tb’ = Tb2

18 - ln x1 = DHvap (DTb) R Tb 2 - ln (1-x2) = DHvap (DTb) R Tb 2

19 จาก Maclaurin’s theorem : เมื่อ x2 <<1
- ln (1-x2) = DHvap (DTb) R Tb 2 x2 = DHvap (DTb) R Tb 2

20 ในทางปฎิบัติ นิยมใช้ความเข้มข้น ในหน่วย โมแลลิตี (molality) คือ
จำนวนโมลของตัวถูกละลายใน หนึ่งกิโลกรัมของตัวทำละลาย

21 ถ้า solvent w1 กรัม ผสมกับ solute w2 กรัม
solvent 1000 กรัม มี solute โมล

22

23

24

25

26 x2 = DHvap (DTb) R Tb 2 จาก จะได้ m M1 = DHvap (DTb) R Tb 2 1000

27 kb คือ ค่าคงที่การเพิ่มขึ้นจุดเดือดโมแลล
(molal boiling point elevation constant) หน่วยของ kb ???

28 3. การลดลงของจุดเยือกแข็ง
Freezing point Depression

29 DG = 0 m < m* เสมอ Tf’ < Tf เสมอ m ms ml* ml Tf’ Tf T
ที่จุดเยือกแข็ง : solid liq DG = 0 m < m* เสมอ Tf’ < Tf เสมอ m ms ml* ml Tf’ Tf T Tf = freezing point

30

31 kf คือ ค่าคงที่การลดลงของจุดเยือกแข็ง
โมแลล (molal freezing point depression constant)

32 4. ความดันออสโมติก The Osmotic Pressure

33 0smotic pressure (p) หมายถึง ความดันที่จำเป็นต้องใช้
เพื่อหยุดกระบวนการออสโมซิส DG = 0 ที่ equilibrium

34 กระบวนการออสโมซิส หลังสมดุล p Osmotic Pressure : p h solvent solution
Semipermeable membrane solvent ยอมให้ solvent ผ่านเท่านั้น

35 อธิบายว่า สำหรับ solvent ใน solution แสดงว่า ค่า G ของ solvent ใน solution มีค่าน้อยกว่ากรณีของ pure solvent อยู่ เท่ากับ RT ln x1

36 การ apply pressure: p (osmotic pressure)
จาก dG = VdP - SdT การ apply pressure: p (osmotic pressure) จะมีผลให้ค่า Gsolventใน solution (GA) เพิ่มขึ้น เพื่อหยุดกระบวนการออสโมซิส ที่ equilibrium : DGsolvent = 0

37 หากมีการ apply pressure มากกว่าค่า
ความดันออสโมติกของระบบ จะมีผลให้ เกิดขบวนการย้อนกลับ คือ ตัวทำละลาย ในสารละลายจะถูกขับออกจากสารละลาย เรียกว่า เกิด reverse osmosis ซึ่งเป็น หลักการหนึ่งที่นิยมใช้ในการผลิตน้ำ จากน้ำทะเล

38 C P0+ p B P0 A จาก A ไป C เกิดสมดุล ตลอดเวลา (โดยที่ x1 และ P เปลี่ยน
แปลง) C P0+ p B P0 A X1 X1 ฎ

39 ที่สภาวะเริ่มต้น : x1 = 1 ระบบมีความดันเท่ากับ P0 ที่สภาวะสุดท้าย x1 ใด ๆ ระบบมีความดันเท่ากับ P0 + p

40 ที่ equilibrium : DGsolvent = 0
หรือ

41 พิจารณา

42 ดังนั้น หากพิจารณาการอินติเกรดทีละช่วง
เมื่อ v1 คือ patial molar volume ของ solvent

43 จาก จะได้

44 จาก Maclaurin’s theorem : เมื่อ x2 <<1

45 เมื่อ n2<<n1 จะได้
จะเขียนความสัมพันธ์ใหม่ได้เป็น

46 เมื่อ V1 คือ total volume ของ solvent
Van’t Hoff equation C = molar concentration = n2 / V1

47 จงคำนวณความดันออสโมติกของ สารละลายซึ่งประกอบด้วย น้ำตาลกลูโคส 39 กรัม
น้ำตาลกลูโคส 39 กรัม ในน้ำ 1 ลิตร ที่ 25 oC กำหนดให้ C6H12O6 มีน้ำหนักโมเลกุล เท่ากับ 180 g mol-1

48 p = 5.3 atm แสดงให้เห็นว่า p ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น
ของ solute เป็น colligative properties

49 ถ้าสารละลายไม่ใช่สารละลายสมบูรณ์แบบ

50 กรณีที่สารละลายมีคามเข้มข้นสูง ๆ
เมื่อ B เป็น parameter ที่ขึ้นอยู่กับ แรงกระทำระหว่างโมเลกุลของตัวถูกละลาย (ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวถูกละลาย) p ไม่เป็น colligative properties อีกต่อไป