化學原理啟迪434
DIANE VON FURSTENBERG SPRING 2013 COLLECTIONS
1.
溶液的依數性質與溶質粒子的濃度有關。舉例來說，0.10m（重量莫耳濃度）的葡萄糖溶液，凝固點/冰點（比純溶劑水）降低0.186℃：
ΔT＝Kf
m＝（1.86℃
kg/mol）（0.10
mol/kg）＝0.186℃
2.
如果是0.10m的NaCl溶液，凝固點下降的幅度是0.37℃，因為溶液裡有0.10m
Na+離子和0.10m的Cl－離子，所以氯化鈉溶液裡，實際上溶質粒子是0.20m，ΔT＝Kf m＝（1.86℃
kg/mol）（0.20
mol/kg）＝0.37℃。
3.
丟進溶液之前的溶質莫耳數，與丟進溶液後解離出來的溶質莫耳數，這二者之間的關係，以凡何夫因數van't Hoff factor(i)表示：
i＝（moles of particles in
solution）/（moles of solute dissoved）
4.
我們可以從鹽的化學式，計算出理論上的離子數量。舉例來說，NaCl的凡何夫因數i是2，K2SO4的凡何夫因數i是3，Fe3(PO4)2的凡何夫因數i是5，以上列舉的凡何夫因數假設，鹽類溶解後，完全解離成它們的組成離子，分開獨立存在於溶液中。
5.
然而這個假設並不一定正確，舉例來說，「0.10m氯化鈉」的凝固點下降幅度，是「0.10m
葡萄醣」的凝固點下降幅度的0.87倍，而不是2倍。
6.
合理的解釋是，溶液裡面出現離子對ion
pairing，溶液中有少部分的鈉離子和氯離子成對存在，所以「成對存在的離子」應當視為1個粒子。
7.
高濃度的溶液，離子成對的現象特別嚴重。愈是稀釋的溶液，離子彼此分得愈開，愈不會出現離子對。舉例來說，0.0010m重量莫耳濃度的NaCl溶液，凡何夫因數i的數值是1.97，十分接近我們理論上預期的數值。
8.
所有電解質溶液都有一些離子對，以下為特定濃度的電解質溶液，理論預期與實驗觀察到的凡何夫因數i：
電解質：NaCl
理論預期的i：2.0 實驗觀察的i：1.9
電解質：MgCl2
理論預期的i：3.0 實驗觀察的i：2.7
電解質：MgSO4
理論預期的i：2.0 實驗觀察的i：1.3
電解質：FeCl3
理論預期的i：4.0 實驗觀察的i：3.4
電解質：HCl
理論預期的i：2.0 實驗觀察的i：1.9
電解質：葡萄醣
理論預期的i：1.0 實驗觀察的i：1.0
9.
特別留意，當離子固體溶解後解離出多個電荷離子，例如FeCl3是1個Fe3+離子與3個Cl－離子，理論預期與實際觀察到的凡何夫因數i的差距最大，這是合理的，因為固體若是能夠解離出多個離子（離子的濃度較高），會有比較多的電子對。
10.
描述電解質依數性質的方程式，應當涵蓋凡何夫因數van't Hoff factor。舉例來說，凝固點/冰點與沸點改變的方程式是：
ΔT＝imK
K代表「凝固點下降常數」或「沸點提高常數」
11.
電解質溶液滲透壓方程式是：
π＝iMRT
M是溶質的莫耳濃度mol/L，R是氣體常數，T是絕對溫度。
12.
【例題】在25℃下，0.10M的Fe(NH4)2(SO4)2溶液的滲透壓是10.8atm，比較理論預期與實驗觀察到的凡何夫因數i。
13.
【解題】離子固體Fe(NH4)2(SO4)2溶解於水中會產生5個離子：
Fe(NH4)2(SO4)2－H2O→Fe2＋＋2NH4＋＋2SO42－
因此理論上我們預期0.10M的Fe(NH4)2(SO4)2溶液的凡何夫因數i是5。
14.
我們利用滲透壓方程式計算i的實驗值
π＝iMRT
或 i＝π/MRT
π＝10.8atm
,M＝0.10
mol/L, R＝0.08206
L atm K－1
mol－1,並且T＝25＋273＝298K；將以上的數值代入方程式得到：
i＝π/MRT＝(10.8
atm)÷(0.10 mol/L)(0.08206 L atm/K mol)(298K)＝4.42
15.
實驗觀察到的凡何夫因數i＝4.42，小於理論所預期的凡何夫因數i＝5，這應該是因為有些解離的離子，彼此互相吸引，變成離子對的關係。
沒有留言:
張貼留言