化學原理啟迪429
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1.
遵守拉午耳定律的溶液,稱為理想溶液ideal solution。有一種說法認為,遵守拉午耳定律的溶液,它蒸發的氣體也會遵守理想氣體定律;如同氣體難以完全遵守理想氣體定律,溶液的行為也從未完全遵守拉午耳定律。
2.
當溶質-溶質、溶劑-溶劑、溶質-溶劑之間的交互作用十分相似,溶液的行為會比較符合理想(遵守拉午耳定律);也就是說,在溶質與溶劑性質相似的溶液裡,溶質的行為單純就是溶解於溶劑中。
3.
如果溶劑對溶質也特殊引力,例如溶質與溶液間有強烈的氫鍵,溶劑分子脫離液體逸散到空中的比例會比預期低,這種溶液的蒸汽壓,比拉午耳定律預期的低,出現拉午耳定律的負偏差值。
4.
如同先前所說的,溶液的行為如果符合拉午耳定律,它的溶質-溶質、溶劑-溶劑和溶質-溶劑之間的引力,必須是相等的,這樣的溶質溶解於溶劑的焓變化是零 ΔHsoln=0。
5.
當溶質溶解於溶劑變成溶液的過程,釋放大量的能量,焓變化ΔHsoln為數值大的負數;我們可以認定這樣的溶液,其溶質與溶劑之間存在強大引力,這是對拉午耳定律負偏差的溶液。
6.
到目前為止,我們都假設溶質是非揮發性的,所以溶質對溶液的蒸汽壓毫無貢獻。
7.
如果溶液是「揮發性液態溶質」溶解於「揮發性液態溶劑」,就必須使用修正過的拉午耳定律:
Ptotal=PA+PB=χAP°A+χBP°B
8.
Ptotal代表A和B的混合溶液的蒸汽壓;χA是A的莫耳分率,χB是B的莫耳分率;P°A是純A液體的蒸汽壓,P°B是純B液體的蒸汽壓。溶液之上的蒸汽,A氣體分子的分壓是PA,B氣體分子的分壓是PB。
9.
液體-液體混合成的溶液,若是遵守這種修正版的拉午耳定律,即為理想溶液。
10.
然而,如果溶液含有非揮發性溶質,這種溶液通常會表現出拉午耳偏差,溶液拉午耳偏差有可能是正的,也有可能是負的。
11.
由二種揮發性液體混合而成的液體,其蒸汽壓數線圖:
圖(a)拉午耳定律預測「液體-液體」混合溶液的蒸汽壓行為。
圖(b)此溶液的整體壓力大於拉午耳定律預測的壓力,這種溶液展現出對拉午耳定律的正偏差。
圖(c)此溶液的整體壓力小於拉午耳定律預測的壓力,這種溶液展現出對拉午耳定律的負偏差。
12.
溶質溶解於溶劑的焓變化是大的負數值,代表溶質-溶劑之間的引力強大;這樣的溶液對拉午耳定律是負偏差的;這樣的溶液,二種組成液體混合後,比未混合前更不容易逸散成氣體。
13.
我們用「丙酮-水」溶液說明,這種溶液的行為。在「丙酮-水」溶液,分子間的氫鍵很強:
14.
相反地,如果二種液體混合是吸熱的,這代表「溶質-溶劑」間的引力,比純液體分子間的引力,更弱。這種情況下,溶液分子比預期逸散的比例更高,呈現出對拉午耳定律的正偏差。
15.
這類的溶液可用乙醇ethanol和己烷hexane混合溶液說明,它們的路易斯結構如下:
乙醇
己烷
16.
極性「乙醇」和非極性「己烷」分子,彼此無法互相吸引,因此溶解的焓變化是正的,對拉午耳定律正偏差。
17.
最後,液體彼此的性質十分類似,混合程序的焓變化將十分接近零,例如苯和甲苯便是如此,這樣的溶液相當遵守拉午耳定律(理想行為)
18.
三種溶液的比較:
溶質A與溶劑B之間的引力:A←→A, B←→B≡A←→B
生成溶液的焓變化ΔHsoln:0
生成溶液的溫度變化ΔT:0
對拉午耳定律的偏差:無
例子:苯-甲苯
溶質A與溶劑B之間的引力:A←→A, B←→B<A←→B
生成溶液的焓變化ΔHsoln:負的(散熱)
生成溶液的溫度變化ΔT:正的(溫度上升)
對拉午耳定律的偏差:負的
例子:丙酮-水
溶質A與溶劑B之間的引力:A←→A, B←→B>A←→B
生成溶液的焓變化ΔHsoln:正的(吸熱)
生成溶液的溫度變化ΔT:負的(溫度下降)
對拉午耳定律的偏差:正的
例子:乙醇-己烷
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》;圖片來源/chem331001fall09.pbworks、yougems.reflectionsinfos、catalog.flatworldknowledge、commons.wikimedia、chemeddl.org
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