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依數性質(Colligative Properties)

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依數性質(Colligative Properties)
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

比賽分團體戰和個人賽,出門旅遊有團體價和個人票,化學界有時也有組團和數人頭的差別。溶液中很多重要的性質是由溶液的濃度所決定,如溶液的蒸氣壓下降(Vapor pressure depression)、凝固點下降(Freezing-point depression)、沸點上升(Boiling-point elevation)和滲透壓(Osmotic pressure)。但溶質為電解質時會在極性溶劑中解離,增加了溶質的粒子數,使實際的溶液濃度高於理論濃度,進而造成溶液的性質變化更加明顯。這種因為和粒子數目高度相關的性質稱為「依數性質(Colligative properties)」。由於溶液這四種性質具強烈的依數性質,在考慮濃度對他們的影響時,加入了另一個重要的參數,凡特荷夫因數i (van’t Hoff factor)。考慮依數性質的溶液性質方程式如下:
凝固點下降 ∆Tf = i Kf Cm
(∆Tf:凝固點下降量,Cm:重量莫耳濃度,Kf :凝固點下降常數)
沸點上升∆Tb = i Kb Cm
(∆Tb:沸點上升量,Cm:重量莫耳濃度,Kb :沸點上升常數)
滲透壓 П = i CMRT
(П:滲透壓,CM:體積莫耳濃度,R:理想氣體常數,T:絕對溫度)

i實驗值受鹽類種類和溶液濃度影響甚鉅,i實驗值小於i理論值,只有在溶液很稀薄時i理論值接近實際值。此外,帶一價電荷的鹽類如氯化鈉或氯化鉀溶液,比帶多價電荷鹽類如硫酸鎂,i實驗值更接近實際值,因為二價離子間作用力大於一價離子間的作用力。(表一)

依數性質和生活息息相關:如凝固點下降使生物得以在寒冷的環境下存活;寒帶地區冬天路面積雪時會在路上灑鹽,幫助路面冰層熔化,藉以減少車輛打滑造成事故;半導體工業也應用到凝固點下降製造超高純度的矽晶(相關討論請見「溶液凝固點下降的應用(二)」)。還有滲透壓,除了應用在眾人熟知的RO逆滲透水與海水淡化外,自然界生物的很多生理現象與生物科學都離不開滲透壓,如樹木輸送水分至枝葉、腎臟排除身體毒物等,因為生物的細胞膜就是最重要的天然半透膜(Semipermeable membrane)。

參考文獻:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_property
2. 陳竹亭,選修化學上,泰宇出版社,第85頁,2008.
3. Martin S. Silberberg; “Chemistry: The molecular nature of matter and change”, 4nd edition, The McGraw-Hill Companies, pp. 521-522, 2006.

2 條評論

  1. 說:

    沸點上升∆Tb = i Kb Cm
    (∆Tb:凝固點下降量,Cm:重量莫耳濃度,Kb :沸點上升常數
    ∆Tb應為沸點上升量

  2. teresa 說:

    Dear柯 您好
    您所提出的部分,經本文作者確認已作修正,
    非常感謝您的細心提醒。

    祝 愉快

    高瞻網站管理員teresa 敬啟

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