Czynnik Van 't Hoffa

W chemii , kiedy substancja chemiczna jest wprowadzana do roztworu , może dysocjować (np. Tworzyć jony ) lub łączyć się z innymi cząsteczkami (tworzyć dimery, trimery, hydraty itp.). Dlatego też ilość związków chemicznych faktycznie obecnych w roztworze nie zawsze jest równa ilości pozornie wprowadzonej do roztworu, odpowiadającej ilości dostarczonej bez uwzględnienia zjawiska dysocjacji lub asocjacji gatunków. Współczynnik van 't Hoffa (oznaczony literą ) wyraża stosunek między ilością materii rzeczywistej w roztworze a ilością materii pozornej. Czynnik ten został wymyślony przez Jacobusa Henricusa van 't Hoffa , który jako pierwszy otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1901 roku . $ja$

Definicja

Zakłada się, że wprowadza się mole ( ilość pozornej materii ) substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku (np. Trójchlorek żelaza FeCl 3 w wodzie). Substancja rozpuszczona jest całkowicie rozpuszczona, nie ma innej fazy niż faza roztworu (FeCl 3 jest całkowicie rozpuszczony, nie pozostaje w postaci osadu ). Substancja rozpuszczona częściowo dysocjuje w roztworze, rozróżniamy ilość zdysocjowanej substancji rozpuszczonej ( wytwarzające jony FeCl 3 ) i ilość niezdysocjowanej substancji rozpuszczonej (FeCl 3 pozostający w tej postaci w wodzie). Mamy zatem relację: ${\ displaystyle n _ {\ text {a}}}$ ${\ displaystyle n _ {\ text {d}}}$ ${\ displaystyle n _ {\ text {nd}}}$

{\ Displaystyle n _ {\ tekst {a}} = n _ {\ tekst {nd}} + n _ {\ tekst {d}}}

Zakłada się, że w wyniku dysocjacji cząsteczka substancji rozpuszczonej wytwarza cząsteczki (cząstka FeCl 3 w wyniku dysocjacji wytwarza cztery cząstki: jeden jon Fe 3+ i trzy jony Cl - , czyli FeCl 3 ). Ilość rzeczywistych cząstek wytwarzanych przez komponent, w tym niezdysocjowanych cząstek i cząstek powstałych w wyniku dysocjacji, wynosi: $p$ ${\ displaystyle p = 4}$ ${\ displaystyle n _ {\ text {r}}}$

{\ Displaystyle n _ {\ tekst {r}} = n _ {\ tekst {nd}} + p \ cdot n _ {\ tekst {d}}}

Współczynnik van 't Hoffa to stosunek ilości rzeczywistych cząstek substancji rozpuszczonej do ilości pozornej substancji rozpuszczonej: $ja$

{\ displaystyle i = {n _ {\ tekst {r}} \ ponad n _ {\ tekst {a}}}}

{\ Displaystyle i = {n _ {\ tekst {nd}} + p \ cdot n _ {\ tekst {d}} \ ponad n _ {\ tekst {a}}} = {n _ {\ tekst {a} } - n_ {\ text {d}} + p \ cdot n _ {\ text {d}} \ over n _ {\ text {a}}} = 1+ {n _ {\ text {d}} \ over n _ {\ text {a}}} \ left (p-1 \ right)}

Zwracamy uwagę na ułamek zdysocjowanej substancji rozpuszczonej: $\alfa$

{\ Displaystyle \ alpha = {n _ {\ tekst {d}} \ ponad n _ {\ tekst {a}}}}

Stąd wyrażenie współczynnika van 't Hoffa:

Współczynnik Van 't Hoffa:

{\ Displaystyle i = 1 + \ alfa \ cdot \ lewo (p-1 \ prawo)}

$\alfa$ frakcja substancji rozpuszczonej, która dysocjuje, lub współczynnik dysocjacji ;
$p$ liczba cząstek wytwarzanych przez dysocjację cząstki substancji rozpuszczonej.

Współczynnik van 't Hoffa jest wielkością bezwymiarową .

Chlorek żelaza (III), FeCI 3 w wodzie w molalność 0,05 mola kg -1 jest czynnikiem : jeden mol FeCl 3 Roztwór produktu cząstek Mol. Wnioskujemy, że : przy tym stężeniu tylko 80 % FeCl 3 w roztworze ulega dysocjacji na jony Fe 3+ i Cl - , 20 % pozostaje w niezdysocjowanej formie FeCl 3 . Równanie rozpuszczania FeCl 3 w wodzie przy tym stężeniu wygląda zatem następująco: ${\ displaystyle i = 3 {,} 4}$ ${\ displaystyle 3 {,} 4}$ ${\ Displaystyle \ alpha = \ lewo (i-1 \ prawo) / \ lewo (p-1 \ prawo) = \ lewo (3 {,} 4-1 \ prawo) / \ lewo (4-1 \ prawo) = 0 {,} 8}$

{\ Displaystyle {\ rm {FeCl_ {3} \ lewo (s \ prawej) \ rightarrow 0 {,} 2 \, FeCl_ {3} \ lewo (aq \ prawo) + 0 {,} 8 \, Fe ^ {3 +} \ left (aq \ right) +2 {,} 4 \, Cl ^ {-} \ left (aq \ right)}}}

Czynnik ten można zastosować do cząsteczek asocjujących w roztworze. W benzenie w kwasie octowym postaci dimerów przez:

{\ Displaystyle {\ rm {2 \, CH_ {3} COOH \ rightarrow \ lewo (CH3COOH \ prawej) _ {2}}}}

W tym przypadku, jeśli powstała cząsteczka jest asocjacją cząsteczek początkowych, to . W przypadku kwasu octowego niech tak będzie . $q$ ${\ displaystyle p = 1 / q}$ ${\ displaystyle q = 2}$ $p = 1/2$

Jeśli substancja rozpuszczona nie ulega żadnej modyfikacji podczas jej rozpuszczania, to i : jeden mol substancji rozpuszczonej wytwarza jeden mol cząstek w roztworze. Jeśli substancja rozpuszczona dysocjuje lub łączy się całkowicie w roztworze, to i : jeden mol substancji rozpuszczonej wytwarza mole cząstek w roztworach. Substancje chemiczne, które dysocjują w roztworze, mają zatem współczynnik van 't Hoffa większy niż 1, przy czym związki łączą się z czynnikiem mniejszym niż 1. $\ alpha = 0$ $i = 1$ $\ alpha = 1$ ${\ displaystyle i = p}$ $p$

posługiwać się

Molalność rozpuszczonej substancji jest określona przez pozorną ilości substancji rozpuszczonej w stosunku do masy rozpuszczalnika: ${\ displaystyle b _ {\ sigma}}$ ${\ displaystyle n _ {\ text {a}}}$ $SM$

{\ displaystyle b _ {\ sigma} = {n _ {\ tekst {a}} \ ponad m_ {s}}}

Jednak liczba aktywnych cząstek w roztworze jest ilością rzeczywistą , stąd potrzeba skorygowania molalności substancji rozpuszczonej za pomocą współczynnika van 't Hoffa w celu uzyskania rzeczywistego stężenia: ${\ displaystyle n _ {\ text {r}}}$

{\ Displaystyle i \ cdot b _ {\ sigma} = {n _ {\ tekst {r}} \ ponad n _ {\ tekst {a}}} {n _ {\ tekst {a}} \ ponad m_ {s }} = {n _ {\ text {r}} \ ponad m_ {s}}}

To stężenie nazywa się osmolalnością i jest wyrażane w osmolach na kilogram (osm / kg lub osmol / kg).

Dla molalności 0,05 mola kg- 1, FeCl 3 ma współczynnik van 't Hoffa = 3,4, tj. Osmolalność 3,4 x 0,05 = 0,17 osmol kg- 1 . $ja$

Znaczenie

Mówiąc dokładniej, służy do oznaczenia dwóch wielkości:

tak zwany współczynnik teoretyczny wyraża oczekiwany stosunek, to znaczy stosunek w idealnym przypadku, gdy wszystkie cząsteczki uległy dysocjacji; $p$
tzw . czynnik eksperymentalny wyraża odchylenie zachowania jonów od przypadku idealnego, to znaczy wyraża czynnik „prawdziwy”, określony doświadczalnie. $ja$

Na przykład teoretyczny współczynnik van 't Hoffa dysocjacji NaCl jest wart (każda cząsteczka NaCl dysocjuje na dwa jony, sodu Na + i chlorek Cl - ). Miarodajny jest czynnik eksperymentalny , który sprowadza się do stwierdzenia, że na jeden mol NaCl w roztworze występuje 1,87 mola cząstek (zawierających zarówno niezdysocjowany NaCl, jak i jony sodowe i chlorkowe). Im bardziej czynnik eksperymentalny różni się od teoretycznego i podejść 1, tym mniejsza dysocjacja związku. $p = 2$ ${\ displaystyle i = 1 {,} 87}$

Teoretyczne i doświadczalne wartości współczynnika van 't Hoffa dla niektórych roztworów o molowości 0,050 mol / kg

Sól	Formuła	Czynnik teoretyczny	Czynnik eksperymentalny
Kwas chlorowodorowy	HCl	2	1.9
Chlorek żelaza (III)	FeCl 3	4	3.4
Chlorek magnezu	MgCl 2	3	2.7
Chlorek sodu	NaCl	2	1.9
Chlorek cynku	ZnCl 2	3	2.3
Azotan ołowiu (II)	Pb (NIE 3) 2	3	2.3
Siarczan magnezu	MgSO 4	2	1.4
Siarczan potasu	K 2 SO 4	3	2.5

Bibliografia

Eddy Flammand i Jean-Luc Allard, Chemistry of solutions , Mont-Royal, Modulo,2003, 362 pkt. ( ISBN 2-89113-975-5 ) , str. 368.
Michel Soustelle, Modelowanie faz ciekłych , ISTE Group ,2015, 232 str. ( ISBN 9781784050795 , czytaj online ) , str. 169.

Powiązany artykuł

Własność koligatywna