3.2. Свойства растворов. Давление насыщенного пара над раствором

Переход молекул вещества из жидкости в газообразное состояние называется испарением. Обратный переход из газообразного состояния в жидкость называется конденсацией. Испарение твердых тел называют сублимацией.

По мере роста температуры жидкости доля молекул с высокой энергией увеличивается, а это значит, что скорость испарения также увеличивается. Испарение в открытом сосуде продолжается до тех пор, пока существует жидкость. Однако, если жидкость находится в замкнутом сосуде, то достигается равновесие, когда скорость испарения жидкости равна скорости конденсации пара. Это динамическое равновесие. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Молекулы пара, ударяющиеся о стенку сосуда, оказывают на неё давление. Давление, которое оказывает пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называют давлением насыщенного пара этой жидкости. Это максимальное давление пара, которое развивается жидкостью при данной температуре. Давление насыщенного пара зависит от природы жидкости и температуры и не зависит от количества жидкости.

Давление насыщенного пара определяется числом молекул вещества, отрывающихся с поверхности жидкости за единицу времени. На поверхности раствора кроме молекул растворителя находятся молекулы растворённого нелетучего вещества. Поэтому число молекул растворителя, испаряющихся за единицу времени с единицы поверхности раствора, меньше, чем молекул испаряющихся с единицы поверхности растворителя. Следовательно, при одной и той же температуре давление насыщенного пара над раствором всегда будет ниже давления насыщенного пара над растворителем.

Количественно эта зависимость выражается законом Р. Рауля: «В идеальных растворах при постоянной температуре величина относительного понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором равна молярной доле растворенного нелетучего вещества».

(Р₀ – Р) / Р₀ = N ,

где Р₀ – давление насыщенного пара растворителя над растворителем,

Р – давление насыщенного пара растворителя над раствором,

N – мольная доля растворенного вещества.

Идеальный раствор – раствор, в котором межмолекулярные силы равны. Если вещества А и В образуют идеальный раствор, то силы взаимодействия между молекулами А…А, А…В и В…В равны.

Из закона Рауля следует, что пар над жидким раствором, состоящим из веществ А и В, содержит оба этих вещества, причём давление насыщенного пара каждого из веществ в смеси равно произведению мольной доли этого вещества на давление насыщенного пара над чистым веществом, т.е.:

для вещества А Р_А = N_А· Р⁰_А,

для вещества В Р_В = N_В· Р⁰_В,

где Р_А, Р_В – давление насыщенного пара веществ А и В над раствором,

N_А, N_В – мольная доля веществ А и В в растворе,

Р⁰_А,Р⁰_В – давление насыщенного пара веществ А и В над чистым веществом.