Công Cụ Tính Tính Chất Tập Hợp

Kết quả

Chất điện li thực tế có độ biến đổi nhỏ hơn một chút so với i lý tưởng dự đoán, vì các ion hút nhau: NaCl đo được khoảng i = 1,9 ở 0,050 m, không phải 2. Hãy dùng giá trị “đo được” để có ước lượng sát hơn.

Cách Sử Dụng Công Cụ Tính Tính Chất Tập Hợp

1. 1. Chọn chế độ. “Điểm sôi hoặc điểm đông” cho nhiệt độ mới; “Khối lượng mol từ ΔT” tính ngược từ điểm sôi hoặc điểm đông đo được; “Áp suất thẩm thấu” áp dụng Π = iMRT.
2. 2. Chọn dung môi. Nước, benzen, cloroform, axit axetic băng và nitrobenzen có sẵn hằng số. Nếu dung môi của bạn không có trong danh sách, hãy chọn “dung môi khác” và nhập Kb hoặc Kf cùng điểm của dung môi nguyên chất.
3. 3. Nhập nồng độ. Nhập trực tiếp nồng độ molan, hoặc khối lượng chất tan và dung môi cùng khối lượng mol của chất tan. Với áp suất thẩm thấu, hãy dùng nồng độ mol, vì nó tính trên lít dung dịch.
4. 4. Đặt hệ số van 't Hoff. Dùng 1 với chất tan phân tử như đường, 2 với NaCl, 3 với CaCl₂, hoặc chọn giá trị “đo được” để tính đến việc ion kết cặp.

Các Phương Trình

ΔTb = i × Kb × m

ΔTf = i × Kf × m

Π = i × M × R × T

Tính chất tập hợp (colligative) phụ thuộc vào số hạt chất tan được hòa tan, chứ không phụ thuộc chúng là gì. m là nồng độ molan (mol chất tan trên kg dung môi), M là nồng độ mol (mol trên lít dung dịch), và i là hệ số van 't Hoff — số hạt mà mỗi đơn vị công thức sinh ra. K là tính chất riêng của dung môi. Chất tan làm tăng điểm sôi và hạ điểm đông; áp suất thẩm thấu là áp suất cần thiết để ngăn dung môi chảy qua màng bán thấm vào dung dịch. Với Π, T phải tính bằng kelvin, và R = 8,314 462 618 J/(mol·K), hoặc 0,082 057 366 L·atm/(mol·K), là giá trị chính xác.

Hằng Số Dung Môi

Từ Chemistry 2e của OpenStax, Bảng 11.2 (điểm sôi và điểm đông chuẩn ở 1 atm; hằng số tính bằng °C·kg/mol):

Hệ Số Van 't Hoff

Đường ở nguyên dạng trong nước, nên i = 1. NaCl phân li thành Na⁺ và Cl⁻, nên i lý tưởng là 2, còn CaCl₂ cho 3. Chất điện li thực tế thấp hơn con số này vì các ion trái dấu kết cặp với nhau, và mức thấp hơn tăng theo nồng độ. Bảng 11.3 của OpenStax cho các giá trị đo được với dung dịch nước 0,050 m:

Ví Dụ Minh Họa

Nước muối đông lạnh hơn (đầu vào mặc định). Dung dịch NaCl 1,00 m trong nước, lấy i = 2: ΔTf = 2 × 1,86 × 1,00 = 3,72 °C, nên nó đông ở −3,72 °C. Một dung dịch NaCl 1 m thực tế cho độ biến thiên đo được khoảng 3,4 °C, vì i gần 1,8 hơn là 2.

Tăng điểm sôi. Dung dịch 0,330 m của một chất tan phân tử không bay hơi trong benzen: ΔTb = 1 × 2,53 × 0,330 = 0,835 °C, nên nó sôi ở 80,1 + 0,835 = 80,9 °C. Với iot trong cloroform, 92,1 g I₂ (253,8 g/mol) trong 800,0 g CHCl₃ là 0,454 m, ΔTb = 3,63 × 0,454 = 1,65 °C, và dung dịch sôi ở 62,9 °C.

Khối lượng mol từ hạ điểm đông. 4,00 g một chất tan phân tử chưa biết hòa tan trong 55,0 g benzen đông ở 2,32 °C thay vì 5,5 °C. ΔTf = 3,18 °C, m = 3,18 ÷ 5,12 = 0,621 mol/kg, n = 0,621 × 0,0550 kg = 0,0342 mol, và M = 4,00 g ÷ 0,0342 mol = 117 g/mol.

Áp suất thẩm thấu. Dung dịch glucose 0,30 M ở 37 °C (310,15 K, i = 1): Π = 1 × 300 mol/m³ × 8,314 462 618 × 310,15 = 7,7 × 10⁵ Pa = 7,6 atm, gần với áp suất thẩm thấu khoảng 7,7 atm của máu. Với một protein, 10,0 g trong 0,500 L cho 5,9 torr ở 22 °C, tức là 3,2 × 10⁻⁴ M, nên khối lượng mol khoảng 6,2 × 10⁴ g/mol — áp suất thẩm thấu phù hợp với phân tử lớn vì áp suất dễ đo ngay cả khi nồng độ mol rất nhỏ.

Lỗi Thường Gặp

• Dùng nồng độ mol thay vì nồng độ molan. Công thức điểm đông và điểm sôi dùng mol trên kilogram dung môi. Công thức áp suất thẩm thấu dùng mol trên lít dung dịch.
• Quên i. NaCl 1,00 m hạ điểm đông khoảng gấp đôi đường 1,00 m.
• Dùng độ C trong Π. Nhiệt độ trong Π = iMRT tính bằng kelvin; công cụ tự chuyển đổi và từ chối các giá trị ở hoặc dưới không tuyệt đối.
• Coi chất tan bay hơi là sự tăng điểm sôi. Công thức điểm sôi giả định chất tan không bay hơi. Nếu nó cũng bay hơi, điểm sôi có thể không tăng.
• Dùng công thức ở nồng độ cao. Chúng là định luật giới hạn cho dung dịch loãng; trên khoảng 1 m, hoặc với chất điện li mạnh, hãy kỳ vọng sai lệch so với kết quả lý tưởng.

Câu Hỏi Thường Gặp

Tính chất tập hợp là gì?

Là các tính chất của dung dịch phụ thuộc vào số hạt được hòa tan thay vì bản chất của chúng: giảm áp suất hơi, tăng điểm sôi, hạ điểm đông và áp suất thẩm thấu. Mỗi tính chất tỉ lệ với nồng độ của chất tan.

Làm thế nào để tính độ hạ điểm đông?

ΔTf = i × Kf × m. Nhân hệ số van 't Hoff với hằng số hạ điểm đông của dung môi và nồng độ molan, rồi trừ kết quả khỏi điểm đông của dung môi nguyên chất. Với đường 1,00 m trong nước, ΔTf = 1,86 °C, nên nó đông ở −1,86 °C.

Hệ số van 't Hoff là gì?

Số hạt mà một đơn vị công thức tạo ra trong dung dịch: 1 với glucose, 2 với NaCl, 3 với CaCl₂. Các giá trị đo được thấp hơn một chút so với giá trị lý tưởng này vì ion kết cặp, đặc biệt trong dung dịch đậm đặc.

Tại sao muối làm tan băng trên đường?

Hòa tan muối trong lớp nước mỏng trên băng làm hạ điểm đông của nó, nên băng tan ở nhiệt độ dưới 0 °C. Hiệu ứng có giới hạn: dung dịch NaCl bão hòa không thể đông trên khoảng −21 °C, nên muối không còn tác dụng trong giá rét khắc nghiệt.

Làm thế nào để tìm khối lượng mol từ hạ điểm đông?

Tính ΔT từ điểm đông nguyên chất và điểm đông quan sát được, rồi m = ΔT ÷ (i × Kf). Nhân m với số kilogram dung môi để có số mol chất tan, rồi chia khối lượng chất tan cho số mol đó.

Khác nhau giữa nồng độ mol và nồng độ molan là gì?

Nồng độ mol là số mol trên lít dung dịch và thay đổi theo nhiệt độ vì thể tích thay đổi. Nồng độ molan là số mol trên kilogram dung môi và không thay đổi. Tính điểm sôi và điểm đông dùng nồng độ molan; áp suất thẩm thấu dùng nồng độ mol.