Chương 4 : DUNG DỊCH
Sự sôi của một chất nguyên chất là quá trình chuyển hóa chất đó từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Thí dụ như ở điều kiện thường (1 atm) thì nước sôi ở 1000C là vì tại nhiệt độ đó áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất bằng với áp suất khí quyển (=1 atm). Cũng như vậy, nhiệt độ đông đặc của một chất là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa của pha rắn bằng với áp suất hơi bão hòa của pha lỏng. Do đó khi áp suất hơi bão hòa của nước nhỏ hơn 1 atm thì nước chưa sôi, còn nếu áp suất hơi bão hòa lớn hơn 1 atm thì nước đã thành hơi. Như vậy muốn nước sôi ta phải cung cấp nhiệt lượng để nâng nhiệt độ của khối nước đó lên 1000C làm cho áp suất hơi bão hòa của nó bằng khí quyển và lúc đó dù ta có cung cấp thêm nhiệt lượng thì nước vẫn ở 1000C, nhưng nếu ta thôi cung cấp thì sự sôi sẽ dừng lại. Vì chỉ cần giữ nguyên 1000C thì nước cứ tiếp tục sôi, nên khi nước đang sôi ta chỉ giữ nguyên nhiệt lượng để giữ nó luôn ở 1000C mà không cần phải cung cấp thêm nhiệt lượng. Cũng giải thích tương tự, với chất nguyên chất thì trong suốt quá trình đông đặc nhiệt độ đông cũng không thay đổi… 4.4.2.2.Sự tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi : Bây giờ ta sẽ khảo sát sự sôi của dung dịch, nó có khác với dung môi nguyên chất không ? Dung môi nguyên chất - ta chọn H2O chẳng hạn, dưới 1atm và ở 1000C lúc ấy xảy ra cân bằng : H2O (l ) H2O (h). [Ghi chú : (l) : lỏng ; (h) : hơi] Ngay tại điểm sôi này, ta hòa tan một lượng chất tan không bay hơi như đường chẳng hạn vào trong H2O(l), do nồng độ H2O(l) bị giảm (khi hòa tan đường) nên theo nguyên lý Le Châtelier, cân bằng bị phá vỡ và chuyển dịch về phía tạo H2O (l) , tức lượng hơi H2O bị giảm, tức lúc ấy H2O không sôi được nữa, muốn nước tiếp tục sôi phải tăng lượng hơi nước trở lại, muốn vậy phải tăng nhiệt độ - tức là nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn nhiệt độ sôi của H2O (dung môi nguyên chất) . Nhưng khi dung dịch sôi thì dung môi (như H2O) bay hơi, làm nồng độ chất tan tăng lên, khi nồng độ chất tan tăng thì áp suất hơi bão hòa giảm, dung dịch lúc ấy không sôi được nữa - muốn dung dịch tiếp tục sôi ta phải tăng nhiệt độ lên - lại lặp lại quá trình H2O bay hơi - áp suất hơi bão hòa giảm - muốn giữ dung dịch tiếp tục sôi lại phải tăng nhiệt độ. Vậy khi dung dịch sôi muốn duy trì sự sôi phải tăng dần nhiệt độ - nhiệt độ sôi dung dịch ngày càng tăng. Nhiệt lượng cung cấp phải ngày càng tăng. Nhưng nhiệt độ sôi của dung dịch không phải tăng vô hạn, vì đến một lúc nào đó, dung dịch trở thành dung dịch bão hòa - lúc ấy nồng độ dung dịch không đổi - khi ấy nhiệt độ sôi của dung dịch không thay đổi nữa. Gọi Tsdd - Tsdm = Ts ; Ts : độ tăng của nhiệt độ sôi. Từ trên ta thấy rằng Ts tỉ lệ với nồng độ chất tan . Bằng nhiều thực nghiệm, Raoult đã đưa ra công thức : Ts = Ks.Cm Với Ks : là hằng số nghiệm sôi, nó chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi ; Cm : nồng độ molan. Nhìn vào công thức ta thấy rằng : Độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi và nồng độ của chất, mà không hề phụ thuộc vào bản chất của chất tan. 4.4.2.3. Sự giảm nhiệt độ hóa rắn : Cũng chứng minh tương tự như độ tăng nhiệt độ sôi, ta cũng có nhiệt độ đông đặc của dung dịch thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi và trong quá trình đông đặc muốn cho dung môi tiếp tục đông đặc thì nhiệt độ cũng phải tiếp tục hạ : Cũng từ nguyên lý Le Châtelier, khi H2O nguyên chất ở 1 atm và 00C sẽ có cân bằng : H2O (l) H2O (r). Bây giờ nếu ta hòa tan một lượng chất tan không bay hơi nào đó vào nước (chất tan tan trong nước lỏng) thì nồng độ của nước lỏng giảm, theo nguyên lý Le Châtelier nước đá sẽ tan ra để tạo nước lỏng. Do đó muốn cho dung dịch tiếp tục đông đặc thì phải hạ nhiệt độ. Cũng vậy, định luật Raoult về nhiệt độ đông đặc của dung dịch : Tđ = Kđ.Cm (Kđ : hằng số nghiệm đông, cũng chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi ; Cm : nồng độ molan của chất tan) Người ta thường dùng định luật Raoult để xác định khối lượng mol phân tử M của chất tan không bay hơi. Ví dụ : Nhiệt độ hóa rắn của dung dịch chứa 0,244g axit benzoic trong 20 g benzen là 5,232 0C. Điểm hóa rắn của benzen tinh khiết là 5,4780C. Xác định dạng tồn tại của axit benzoic trong dung dịch. Biết benzen có hằng số nghiệm đông Kđ = 4,9 . 53
HÓA ĐẠI CƯƠNG 2