Iz Raoultovog zakona slijede dvije važne posljedice:

1) Rastvori ključaju na višoj temperaturi od čistog rastvarača;

2) Rastvori se smrzavaju na nižoj temperaturi od čistog rastvarača.

Pogledajmo ih detaljnije.

Vrenje je fizički proces pretvaranja tečnosti u gasovito stanje ili paru, pri čemu se mjehurići plina formiraju u cijeloj tekućini.

Tečnost ključa pod pritiskomzasićena para postaje jednaka vanjskom pritisku. Ako se vanjski tlak (na primjer, atmosferski) ne promijeni, aBudući da je tečnost individualna i hemijski čista tvar, njeno ključanje u otvorenoj zagrijanoj posudi odvija se na konstantnoj temperaturi sve dok tečna faza potpuno ne nestane.

Dakle, pri atmosferskom pritisku od 101,325 kPa, tačka ključanja prečišćene (destilovane) vode je 100 o C ili 373,16 K.

Ako se neka nehlapljiva tvar otopi u H 2 O, tada će se smanjiti njen tlak zasićene pare. Da bi nastali rastvor proključao, potrebno ga je zagrijati na temperaturu veću od 373,16 K, jer će samo pod takvim uvjetima tlak zasićene pare rastvarača ponovo postati jednak atmosferskom.

Zamrzavanje ili kristalizacijaje fizička pojava praćena transformacijom tečnosti u čvrstu materiju. Štaviše, kristalne strukture se formiraju kroz čitav volumen tečnosti.

Proces zamrzavanja počinje kada pritisak zasićene pare iznad tečnosti postane jednak pritisku zasićene pare iznad njenih čvrstih kristala.

Ako vanjski (atmosferski) tlak ostane konstantan, iAko tečnost ne sadrži strane nečistoće, tada će tokom procesa kristalizacije temperatura ohlađene tečnosti ostati konstantna sve dok se tečna faza potpuno ne pretvori u čvrstu materiju.

Pri atmosferskom pritisku od 101,325 kPa, destilovana voda se smrzava na 0 °C (273,16 K). Pritisak zasićene pare vode iznad leda i tečnosti u ovom slučaju iznosi 613,3 Pa.

Za vodeni rastvor, pritisak zasićene pare rastvarača na 0 o C biće manji od 613,3 Pa, a iznad leda ostaje nepromenjen. Led ubačen u takvu otopinu brzo će se otopiti zbog kondenzacije viška pare iznad njega.

Samo snižavanjem temperature može se ponovo izjednačiti pritisak zasićene pare iznad tečne i čvrste faze i pokrenuti proces kristalizacije.

Eksperimentalno je utvrđeno da povećanje tačke ključanja (  t kip. ) i smanjenje temperature smrzavanja rješenje (  t zamjenik ) u poređenju sa čistim rastvaračem direktno je proporcionalna molalnoj koncentraciji otopljene supstance. Matematički, ovo se može napisati na sljedeći način:

t kip. rastvor – ne ključati. p-telo =t ključanje. =Em

t zamjenik r-tel –t zamjenik rješenje =t zamjenik =Km

Gdjem– molalna koncentracijarastvorena materija;EIK– odnosno ebulioskopski (lat.ebbulio– prokuhati) i krioskopske (grčki „krios” - hladno) konstante čije vrijednosti zavise samo od priroderastvarač (tabela 7).

Tabela 7. Ebulioskopske E i krioskopske K konstante nekih otapala (deg/mol)

Ebulioskopske i krioskopske konstante rastvarač pokazuje za koliko stepeni se povećava temperatura ključanja i ledišta se smanjuju otopina dobivena otapanjem jednog mola neelektrolita u jednom kilogramu rastvarača ( m = 1 mol/kg).

Da biste odredili vrijednosti E i K, prvo eksperimentalno odredite Dt bale. i zamjenik Dt jako razrijeđene otopine (m<< 1), а затем полученные данные пересчитывают или экстраполируют для растворов сm= 1 моль/кг.

GdjeR– univerzalna gasna konstanta;T– tačka ključanja rastvarača; - specifična toplota isparavanja rastvarača.

GdjeT- temperatura topljenjarješenjepredmet;l– specifična toplota fuzijerastvarač.

dakle, otopine tvari različite prirode, ali s istom molalnom koncentracijom, ključaće i smrzavati se u isto vrijemetemperatura.

Treba napomenuti bitnu razlikurastvor iz čistog rastvarača. Ako potonji ključa i smrzava se na konstantnojtemperatura, daklerješenja to rade u intervalutemperature, tj. Kako se ključaju, temperatura stalno raste, a kada se smrzavaju, opada. To je zbog činjenice da je uklanjanje iz tekuće fazerastvarača u obliku pare ili čvrstih kristala dovodi do povećanja molalne koncentracije rastvora, jer Tokom procesa ključanja i smrzavanja, otopljena tvar ostaje u nepromijenjenoj količini u tečnoj fazi (dok potpuno ne proključa ili zamrzne), a masa tečnog otapala se smanjuje.

U praktičnim merenjima tačka smrzavanja ili ključanja rastvora, beleži se trenutak pojave prvih čvrstih kristala u njemu (za t zamjenik ) ili mjehurića plina (za t kip. ).

Svojstvo rastvora da snižava tačku smrzavanja omogućava im da se koriste kao rashladne tečnosti.

Stoga se otopine nekih organskih i neorganskih tvari koriste kao antifrizi za hlađenje motora s unutarnjim sagorijevanjem kada rade u raznim klimatskim uvjetima.

Degradacija temperatura smrzavanja rješenja je od velikog značaja za žive organizme. Dakle, tekućina u njihovim stanicama je otopina raznih neorganskih i organskih tvari. Njegovotemperatura smrzavanja je ispod 0 O C (273.16 K ), tako da ćelije ne umiru pod hipotermijom.

Zahvaljujući ovoj pojavi, biljke se čuvaju zimi. Štoviše, što je veća koncentracija tvari u ćelijskoj tekućini, to biljka može podnijeti niže vanjske temperature.

Istovremeno, da bi se snizila tačka smrzavanja rastvora u ohlađenim ćelijama, pojačava se proces hidrolize jedinjenja veće molekularne težine do jedinjenja male molekulske mase (na primer, ugljenih hidrata do glukoze).

Koligativna svojstva rastvora su ona svojstva koja zavise samo od koncentracije čestica rastvorene supstance, ali ne i od njenog hemijskog sastava. U ovom odeljku razmatraće se sledeća četiri koligativna svojstva rastvora: 1) smanjenje pritiska pare, 2) povećanje tačke ključanja, 3) smanjenje tačke smrzavanja, 4) osmotski pritisak. Sva ova četiri svojstva odnose se na rastvore koji sadrže neisparljive rastvorljive supstance, tj. one rastvorljive supstance čiji je pritisak pare zanemarljiv.

Smanjenje pritiska pare rastvora

Čestice čistog rastvarača mogu preći u parnu fazu sa cele površine tečnosti (slika 6.34). Međutim, u otopini, zbog prisustva čestica otopljene tvari, otežan je prijelaz čestica rastvarača s površine u parnu fazu. Ako otopljena supstanca ima niži tlak pare od rastvarača, tada je tlak pare otopine niži od tlaka pare čistog rastvarača. Ovaj obrazac se može razumjeti na osnovu Raoultovog zakona (vidi prethodni odjeljak). U ekstremnom slučaju kada otopina sadrži potpuno neisparljivu otopljenu tvar, tlak pare otopine stvaraju isključivo čestice rastvarača. Na sl. Slika 6.35 prikazuje fazni dijagram tlaka i sastava pare za takav slučaj. Naravno, ovaj ekstremni slučaj je čisto hipotetički, jer u stvarnosti sve čvrste materije imaju određeni pritisak pare, iako on može biti veoma mali.

Rice. Slika 6.35 pokazuje da kako se molski udio neisparljive otopljene tvari B povećava, tlak pare otopine opada. Koristeći Raoultov zakon

Rice. 6.34. Nehlapljive čestice otapala sprečavaju uklanjanje čestica rastvarača sa površine tečnosti i na taj način smanjuju pritisak pare.

može se izvesti jednadžba koja opisuje smanjenje tlaka pare za razrijeđene otopine. Prema Raoultovom zakonu, pritisak pare rastvarača je jednak

Za dvokomponentni sistem imamo

i zbog toga

Ako ovaj izraz zamijenimo jednačinom (5), dobićemo

Iz toga slijedi

Ovo pokazuje da je smanjenje tlaka pare proporcionalno molskom udjelu nehlapljive otopljene tvari.

Povećanje tačke ključanja rastvora

Otopina koja sadrži neisparljivu otopljenu tvar je manje hlapljiva od čistog rastvarača. Stoga, njegovo ključanje počinje na višoj temperaturi od ključanja čistog rastvarača. Na sl. Slika 6.36 prikazuje zavisnost pritiska pare od temperature za čisti rastvarač i za rastvor koji sadrži neisparljivu rastvorljivu supstancu. Povećanje tačke ključanja je proporcionalno smanjenju pritiska pare:

Koristeći ovaj izraz i Raoultov zakon, možemo izvesti još jedan izraz koji povezuje smanjenje tačke ključanja sa sastavom otopine, tj.

U ovom izrazu znači molalnost otopljene tvari. Već smo se susreli sa terminom "molalnost" u odjeljku. 4.2. To znači broj molova otopljene tvari u 1 kg rastvarača.

Vrijednost se naziva ebulioskopska konstanta rastvarača. Takođe se naziva molalna konstanta porasta tačke ključanja ili jednostavno konstanta porasta tačke ključanja. U tabeli U tabeli 6.5 prikazane su vrijednosti konstante za neka otapala.

Rice. 6.35. Fazni dijagram sastava tlaka pare za otopinu koja sadrži nehlapljivu otopljenu tvar.

Rice. 6.36. Povećanje tačke ključanja rastvora na atmosferskom pritisku.

Eksperimentalno određivanje povećanja tačke ključanja rastvora

Za eksperimentalno određivanje porasta točke ključanja otopine može se koristiti Landsbergerova metoda. Para rastvarača se propušta kroz rastvarač koji se nalazi u graduisanoj čaši (slika 6.37). Oslobađanje entalpije isparavanja kao rezultat kondenzacije pare uzrokuje ključanje otapala u čaši. Time se sprječava pregrijavanje, do kojeg može doći ako temperatura tečnosti poraste iznad tačke ključanja.

Nakon što izmjerite tačku ključanja čistog rastvarača, ohladite ga i u njemu otopite izmjerenu količinu otopljene tvari. Zatim se pare rastvarača propuštaju kroz nastalu otopinu dok ne počne ključanje. U ovom trenutku izmjerite temperaturu otopine. Pošto je povećanje tačke ključanja rastvora u poređenju sa čistim rastvaračem obično malo, potrebno je izmeriti temperaturu sa dovoljnom preciznošću. U tu svrhu koristi se Beckman termometar. Koncentracija otopine se određuje poznavanjem mase otopljene tvari i konačnog volumena otopine, koji se utvrđuje pomoću graduisane čaše.

Tabela 6.5. Ebulioskopski trajni rastvarači

Rice. 6.37. Instalacija za određivanje povećanja tačke ključanja rastvora.

Određivanje molarne mase supstance povećanjem tačke ključanja njenog rastvora

Landsbergerova metoda se može koristiti za određivanje molarne mase otopljene tvari. Procedura utvrđivanja sastoji se od tri faze:

1) eksperimentalno određivanje porasta tačke ključanja;

2) izraz molaliteta rastvorene supstance kroz nepoznatu molarnu masu i eksperimentalno određene mase rastvorene supstance i rastvarača, koje odgovaraju pronađenom porastu tačke ključanja;

3) određivanje ebulioskopske konstante pomoću tabela ili eksperimentalno. U potonjem slučaju, eksperiment treba ponoviti koristeći isto otapalo, ali drugu otopljenu supstancu sa poznatom molarnom masom.

Neophodan izraz za molalitet izveden je iz njegove definicije:

gdje je broj molova otopljene tvari, a masa rastvarača u gramima. Vrijednost predstavlja masu otopljene tvari u kilogramima. Zbog

gdje je masa otopljene tvari u gramima, nepoznata molarna masa otopljene tvari, možemo transformirati izraz (7) u sljedeći oblik:

Ovo je izraz za molalnost otopljene tvari, koja je neophodna u drugoj fazi određivanja njene molarne mase.

Ako sada zamijenimo ovaj izraz, kao i vrijednost AT pronađenu u prvoj fazi, i vrijednost pronađenu u trećoj fazi eksperimenta, u jednačinu (6), dobićemo

Koristeći ovu jednačinu, izrazimo sada nepoznatu molarnu masu u terminima eksperimentalno utvrđenih veličina:

Propanon ima tačku ključanja propanona otopljenog u 1,00 g neisparljive supstance. Tačka ključanja dobijenog rastvora je 57,4°C. Izračunajmo molarnu masu i relativnu molekulsku masu otopljene tvari ako je poznato da je ebulioskopska konstanta propanona jednaka .

Kada se 1,00 g nepoznate supstance rastvori u 10 g rastvarača, tačka ključanja se povećava za 1,2°C. Zamjenom ove i drugih poznatih veličina u jednačinu (8), dobijamo

Dakle, molarna masa nehlapljivog rastvora je 142,5 g/mol i stoga je njena relativna molekulska masa 142,5.

Snižavanje tačke smrzavanja rastvora

U prethodnom odeljku je naznačeno da dodavanje druge komponente u tečnost dovodi do smanjenja njene tačke smrzavanja (vidi sliku 6.33). Smanjenje točke smrzavanja AT ovisi o molalnosti otopljene tvari (prema vrsti odnosa koji određuje povećanje točke ključanja otopine):

gdje je krioskopska konstanta rastvarača, inače nazvana molalna konstanta depresije tačke smrzavanja ili jednostavno konstanta depresije tačke smrzavanja.

Vrijednosti krioskopske konstante za neka otapala date su u tabeli. 6.6.

Za eksperimentalno određivanje smanjenja temperature smrzavanja, instalacija je shematski prikazana na Sl. 6.38. U unutrašnjosti

Tabela 6.6. Krioskopski trajni rastvarači

Rice. 6.38. Instalacija za određivanje smanjenja tačke smrzavanja otopine.

Poznata masa rastvarača stavlja se u graduisanu staklenu epruvetu. Rastvarač se polako hladi, uz neprekidno mešanje kako bi se prehlađenje svelo na minimum (pogledajte prethodni odeljak). U ovom slučaju, temperatura se određuje svakih pola minute pomoću Beckmanovog termometra. Na osnovu njegovih očitavanja konstruiše se kriva hlađenja na kojoj se određuje tačka smrzavanja. Otapalo se zatim zagrijava dok se ne rastopi i doda mu se poznata masa otopljene tvari. Otopina se miješa dok se dodana tvar potpuno ne otopi. Rastvor se zatim hladi, beležeći temperaturu svakih pola minuta i određuje se nova tačka smrzavanja.

Određivanje relativne molekulske mase supstance snižavanjem tačke smrzavanja njenog rastvora

Depresija tačke smrzavanja rastvora neisparljive supstance može se koristiti za određivanje njene relativne molekulske težine.

U Rasta metodi zasnovanoj na ovom principu, rastvarač je

kamfor, koji ima veliku krioskopsku konstantu (vidi tabelu 6.6). Druge metode koriste octenu kiselinu ili druga otapala u tu svrhu.

Sirćetna kiselina ima tačku smrzavanja od 16,63°C. Kada je 2,5 g nepoznate organske tvari dodano u 40 g ove kiseline, temperatura smrzavanja dobivene otopine pala je na 15,48 °C. Izračunajmo relativnu molekulsku masu nepoznate otopljene tvari.

Za rješavanje problema potrebno je izvesti jednačinu sličnu jednačini (8). To se može učiniti pomoću jednačina (9) i (7) na isti način na koji je jednačina (8) dobivena gore korištenjem jednačina (6) i (7). Kao rezultat nalazimo

Poznato je da . Sa stola 6.6 nalazimo. Zamjenom ovih vrijednosti u jednačinu (10) nalazimo

Dakle, relativna molekulska težina organske otopljene tvari je 212.

Osmotski pritisak

Osmoza je spontani prolazak rastvarača kroz polupropusnu membranu iz razrijeđene otopine ili čistog rastvarača u koncentriranu otopinu. Ovaj fenomen se može demonstrirati pomoću uređaja koji je šematski prikazan na Sl. 6.39. Široki kraj cijevi, zatvoren životinjskom membranom (na primjer, bikovom bešikom), napuni se otopinom šećera i uroni u čašu vode. Nakon nekog vremena, voda prolazi kroz membranu u rastvor šećera.

Membrana koja dozvoljava česticama otapala da prođu, ali ne dozvoljava česticama otopljenih tvari da prođu kroz njih, naziva se polupropusna membrana. Polupropusna membrana omogućava česticama rastvarača da prolaze u oba smjera. Međutim, budući da je na strani membrane gdje je koncentracija otopine veća, koncentracija rastvarača, naprotiv, niža, dolazi do rezultirajućeg prijelaza rastvarača u koncentriranu otopinu. To dovodi do uspostavljanja razlike tlaka na obje strane membrane. Pritisak koji se mora primijeniti na koncentriranu otopinu kako bi se spriječilo kretanje rastvarača kroz membranu naziva se osmotski tlak. Označava se grčkim slovom p.

Osmotski tlak je koligativno svojstvo jer ovisi samo o koncentraciji otopljenih čestica, a ne o njihovom kemijskom sastavu.

Osmotski pritisak igra važnu ulogu u biološkim procesima. Na primjer, kod životinja, neke vrste stanica, kao što su crvena krvna zrnca, sadrže fiziološku otopinu. Ove ćelije su ograničene plazma membranom. U vodenom okruženju crvena krvna zrnca prolaze kroz osmozu, bubre i pucaju. Međutim, ako su izložene koncentrisanijem rastvoru soli, ćelije se smanjuju.

Rice. 6.39. Eksperiment koji pokazuje efekat osmotskog pritiska.

Biljne ćelije sadrže otopine soli u posebnim šupljinama - vakuolama. Vakuola je okružena tankim slojem citoplazme, koja ima svojstva polupropusne membrane i kontroliše apsorpciju vode od strane biljne ćelije.

Ako pritisak primijenjen na koncentriranu otopinu premašuje osmotski tlak, otapalo se kreće iz koncentrirane otopine kroz membranu do razrijeđene otopine. Ovaj proces se naziva reverzna osmoza. Nalazi industrijsku primjenu u svrhu dobivanja vode za piće iz morske vode.

Eksperimenti slični gore opisanom sa rastvorom šećera pokazuju da: 1) pri konstantnoj temperaturi osmotski pritisak je direktno proporcionalan razlici koncentracija u rastvorima odvojenim membranom; 2) na fiksni

koncentracijske razlike, osmotski pritisak je direktno proporcionalan apsolutnoj temperaturi.

Odnos između osmotskog pritiska i temperature sličan je jednadžbi stanja idealnog gasa (videti odeljak 3.1). Zove se van't Hoffova jednačina:

U ovoj jednačini - osmotski pritisak, K - zapremina rastvora, - broj molova rastvorene supstance, T - apsolutna temperatura, - molarna gasna konstanta. Jednačina (11) se može predstaviti u drugom obliku:

gdje je c koncentracija otopine

Van't Hoffova jednačina je približna i vrijedi samo za razrijeđene otopine.

Određivanje relativne molekulske mase otopljene tvari osmotskim tlakom otopine

Van't Hoffova jednadžba se može koristiti za određivanje relativne molekulske težine otopljene tvari iz osmotskog tlaka koji stvara, a koji se određuje eksperimentalno. Ova metoda je posebno korisna za određivanje prosječne relativne molekulske težine polimera i drugih makromolekularnih supstanci.

Rastvor šećera u koncentraciji od 2,5 g/dm3 stvara osmotski tlak od atm na 25 °C. Izračunajmo relativnu molekulsku masu otopljene tvari.

Željena vrijednost relativne molekulske mase otopljene tvari može se naći direktno pomoću Van't Hoffove jednačine (11). Početni podaci zadatka su sljedeći:

Zamjenom ovih vrijednosti u Van't Hoffovu jednačinu, nalazimo

Abnormalne vrijednosti relativne molekulske težine

Gore je pokazano da se za određivanje relativne molekulske mase mogu koristiti tri različita koligativna svojstva rastvora, i to: 1) povećanje tačke ključanja; 2) snižavanje temperature smrzavanja; 3) osmotski pritisak.

Abnormalne vrijednosti relativne molekulske težine mogu se dobiti kada se otopljena tvar povezuje ili disocira u otopini. Na primjer, karboksilne kiseline se mogu povezati u organskim rastvaračima kako bi formirale dimere (vidi sliku 6.26). To se događa zbog stvaranja vodikovih veza. Elektroliti poput natrijum hlorida disociraju u vodenim rastvorima:

Stoga, koligativna svojstva otopina elektrolita ovise samo o koncentraciji, a ne o kemijskoj prirodi otopljenih jona prisutnih u otopini. U rastvoru natrijum hlorida, na svaki mol rastvorenog rastvora postoje dva mola jona. Zbog toga, relativna molekulska težina pronađena povećanjem točke ključanja otopine ispada otprilike upola od one izračunate iz kemijske formule.

Upoređujući relativne vrijednosti molekulske mase pronađene eksperimentalno iz koligativnih svojstava s onima izračunatim iz kemijskih formula otopljenih tvari, može se odrediti stupanj asocijacije ili disocijacije otopljene tvari.

Krioprezervacija velikih bioloških objekata

Najintrigantnije područje primjene kriobiologije - nauke o utjecaju niskih i ultraniskih temperatura na biološke objekte - je potraga za mogućnostima očuvanja živih organizama ili pojedinačnih organa u stanju dubokog zamrzavanja. Tehnika krioprezervacije pojedinačnih ćelija ili, na primjer, embrija je dobro razvijena, ali reverzibilno (tj. održavanje vitalnosti nakon odmrzavanja) zamrzavanje velikih predmeta nailazi na ozbiljne prepreke. Glavna poteškoća je u tome što je sa velikom zapreminom i masom teško postići ujednačeno hlađenje. Neravnomjerno zamrzavanje dovodi do ozbiljnog i nepovratnog oštećenja ćelija i tkiva. U međuvremenu, rješavanje ovog problema moglo bi pomoći, na primjer, u stvaranju banke organa za transplantaciju i time spasiti živote hiljada pacijenata. Još primamljivija je mogućnost držanja teško bolesnog pacijenta u stanju dubokog hlađenja sve dok mu medicina ne bude u stanju pomoći, možda i decenijama od sada.

Najveća opasnost pri smrzavanju je mehaničko oštećenje ćelijskih membrana od nastalih kristala leda. Formirajući kako izvan, tako i, što je mnogo opasnije, unutar ćelija, oni razbijaju lipidni bimolekularni sloj koji formira ove membrane.

Za zaštitu stanica od oštećenja tijekom smrzavanja koriste se posebne tvari - krioprotektori. Dijele se u dvije grupe: penetrirajuće ili endocelularne (dimetil sulfoksid (DMSO), acetamid, propilen glikol, glicerol, etilen glikol) i nepenetrirajuće ili egzocelularne (polietilen glikoli i polietilen oksidi, fikol, saharoza, trehaloza, itd.), koji djeluju spolja, osmotski izvlače vodu iz ćelije.

Ovo posljednje je korisno: što manje vode ostane u ćeliji, to će se kasnije formirati manje leda. Ali uklanjanje vode dovodi do povećanja koncentracije soli koje ostaju unutar ćelije - do vrijednosti pri kojima dolazi do denaturacije proteina. Endocelularni krioprotektori ne samo da smanjuju tačku smrzavanja, već i razblažuju „salamuru“ koja se formira tokom kristalizacije, sprečavajući denaturaciju proteina.

Najviše se koriste glicerin i DMSO. Kada se dodaju vodi, njena tačka smrzavanja se smanjuje, dostižući najnižu vrijednost u omjeru od približno 2:1. Ova najniža temperatura se zove eutektički, ili kriohidrat. Daljnjim hlađenjem ovakvih smjesa, veličine nastalih kristala leda ispadaju tako male (uporedive s veličinom kristalne ćelije) da ne uzrokuju značajna oštećenja ćelijske strukture.

Kada bi bilo moguće dovesti koncentraciju krioprotektanta u živim tkivima na eutektičku, to bi u potpunosti riješilo problem oštećenja tkiva od kristala leda. Međutim, pri takvim koncentracijama svi poznati krioprotektori ispadaju toksični.

U praksi se koriste koncentracije krioprotektanta koje su znatno niže od eutektičkih koncentracija, a pritom se dio vode još uvijek smrzava. Dakle, kada se koristi 27% otopina glicerola, 40% vode prisutne u ćeliji formira eutektičku smjesu s glicerolom, dok se ostatak smrzava. Međutim, kako su pokazali eksperimenti sprovedeni 1954–1960. Engleski kriobiolog Audrey Smith, zlatni hrčci su u stanju da prežive u situaciji u kojoj se i do 50-60% vode sadržane u tkivima njihovog mozga pretvorilo u led!

Brzina hlađenja je od velike važnosti za rješavanje problema reverzibilnog zamrzavanja. Prilikom sporog hlađenja (u pari tečnog azota ili u zamrzivačima sa posebnim programom), kristali leda nastaju uglavnom u međućelijskom prostoru. Kako se hlade, rastu, crpeći vodu iz ćelija. Kao što je već spomenuto, ovo može značajno smanjiti štetu koju kristali uzrokuju stanicama - ali koncentracija soli unutar stanica značajno se povećava, povećavajući rizik od denaturacije proteina.

Nažalost, optimalne stope smanjenja temperature koje predstavljaju kompromis između štetnog djelovanja kristala leda i visoke koncentracije otopljene tvari uvelike variraju među tipovima stanica. Optimalne koncentracije krioprotektora za njih su također različite. To uvelike otežava krioprezervaciju organa i tkiva koji uključuju nekoliko različitih tipova stanica, a još više cijelih organizama.

Tokom brzog hlađenja (na primjer, uranjanje uzorka u tekući dušik), voda nema vremena da difundira iz ćelija; kristali se formiraju i izvan i iznutra ćelija, ali zbog bržeg hlađenja ispadaju mnogo manji nego u prvom slučaju i nemaju vremena da se formiraju u svim ćelijama. U ovom slučaju se mogu izbjeći toksične koncentracije soli, a trajanje njihove izloženosti je kraće, kao i trajanje štetnog djelovanja krioprotektora. Potonje omogućava korištenje većih koncentracija.

Uz dovoljno brzo hlađenje na 0 °C i nešto niže, voda se ne smrzava (kristalizira) odmah. Prvo se formira prehlađena tečnost. U eksperimentima koje je spomenuo Smith, ona je u nekim slučajevima uspjela hladiti zlatne hrčke na -6 °C bez stvaranja kristala leda. U isto vrijeme, koža i udovi životinja ostali su mekani. I nakon zagrijavanja hrčci su oživjeli bez vidljivih štetnih posljedica. Gravidne ženke (ako je došlo do hipotermije u prvoj polovini trudnoće) su rodile normalne mladunčad.

Postoji tehnika za izvođenje hirurških operacija na novorođenim malim sisavcima - na primjer, miševima. Anestezija u ovoj dobi je praktički neprimjenjiva, pa se mladunci jednostavno hlade 15-20 minuta dok ne izgube pokretljivost i osjetljivost. Poznat je slučaj kada je tokom takvih istraživanja (uticaj uklanjanja vomeronazalnog organa na ponašanje glodara) u laboratoriji jednog od moskovskih instituta, nekoliko novorođenih mladunaca đungarskog hrčka, zbog nemara eksperimentatora, bilo jednostavno zaboravljeno ležanje na pamučnoj posteljini u komori sa temperaturom od –12°C. Nakon vađenja - nakon 2-3 sata - bili su potpuno tvrdi, a njihova tijela su bukvalno "napravila drveno kucanje". Nakon nekog vremena na sobnoj temperaturi, mladunci su oživjeli, počeli da se kreću i ispuštaju zvukove...

Tečnosti u telu obično počinju da se smrzavaju na –1... –3 °C. Međutim, kako se dio vode pretvara u led, koncentracija otopljenih tvari u preostaloj tekućini se povećava i tačka smrzavanja te tekućine nastavlja opadati.

Temperatura potpunog smrzavanja raznih bioloških tečnosti uveliko varira, ali u svakom slučaju ispada ispod –22...–24 °C.

Vjerojatnost stvaranja "jezgra" ledenog kristala u jedinici vremena u prehlađenoj tekućini proporcionalna je volumenu te tekućine i jako ovisi o temperaturi: na -40 ° C i pri pritisku od 1 atm. kristalizacija čiste vode se događa gotovo trenutno, ali na još nižim temperaturama (oko -70°C, stopa rasta kristala se usporava zbog povećanja viskoziteta vode. Konačno, na temperaturi od oko -130°C, kristal rast potpuno prestaje.Ako tečnost ohladite dovoljno brzo da "preskoči" temperaturu aktivne kristalizacije prije nego što kristali opasne veličine uspiju da se formiraju, viskoznost se povećava toliko da se formira čvrsta staklasta supstanca. Ova pojava se naziva stakleni prijelaz ili vitrifikacija.

Ako je moguće ohladiti ćelije ili tkiva do temperature staklastog prijelaza, one mogu ostati u tom stanju neograničeno dugo, a rezultirajuće oštećenje će biti neuporedivo manje nego pri hlađenju sa kristalizacijom. Zapravo, ovo bi bilo rješenje problema očuvanja bioloških objekata u stanju dubokog zamrzavanja. Istina, kada se ćelije odmrznu, da bi ih oživile, morat će ponovo proći kroz opasan temperaturni raspon...

Brzina rasta kristala leda u ćeliji može se smanjiti dodavanjem nečistoća u vodu koje povećavaju njen viskozitet – glicerina, šećera itd. Osim toga, postoje tvari koje blokiraju stvaranje kristala leda. Na primjer, imaju takva svojstva. posebne proteine ​​koje proizvode organizmi brojnih hladno otpornih životinja - arktičkih i antarktičkih riba, nekih insekata itd. Molekuli ovih supstanci imaju područja koja su komplementarna površini ledenog kristala - "sjede" na ovoj površini, zaustavljaju njen dalji rast.

Prilikom hlađenja velikih (u poređenju sa ćelijom - 1 mm ili više) predmeta, unutar njih obično nastaju značajni temperaturni gradijenti. Prvo se vanjski slojevi smrzavaju i formira se takozvani front kristalizacije koji se kreće izvana prema unutra. Koncentracija soli i drugih tvari otopljenih u vodi prije ovog fronta naglo raste. To dovodi do denaturacije proteina i oštećenja drugih makromolekula ćelija. Drugi problem je pucanje tkanine. Njegov uzrok je neravnomjerno i heterogeno hlađenje, posebno u situaciji kada se vanjski slojevi stvrdnu prije unutrašnjih.

Još 60-ih godina. XX vijek Predložena je ideja da se koristi visok pritisak za kontrolu kristalizacije vode. Ova ideja se zasniva na smanjenju temperature faznog prelaza voda/led sa povećanjem pritiska. Na 2045 atm. Temperatura kristalizacije čiste vode je –22 °C. Na ovaj način nije moguće postići veće smanjenje temperature smrzavanja - s daljnjim povećanjem tlaka, ona ponovo počinje rasti.

Davne 1967. godine američki doktor medicine. Persidsky i njegove kolege eksperimentirali su sa smrzavanjem bubrega psa. Istraživači su bubrege perfuzirali sa 15% rastvorom dimetil sulfoksida (perfuzija je unošenje supstanci u biološki objekat kroz sistem krvnih sudova), a zatim ih hladili uz istovremeno povećanje pritiska tako da u svakom trenutku temperatura nije bila ispod tačke smrzavanja koja odgovara datom pritisku. Kada je dostignuta minimalna vrijednost temperature (u ovom slučaju, zbog prisustva krioprotektanta, iznosila je oko –25 °C), pritisak je smanjen.

Uz brzo oslobađanje pritiska, tekućina prehlađena na takvu temperaturu može postojati ne više od nekoliko sekundi, nakon čega dolazi do spontane kristalizacije. Ali kristali koji nastaju u ovom slučaju ravnomjerno su raspoređeni po volumenu uzorka, a front kristalizacije ne dolazi, kao ni neravnomjerno povećanje koncentracije soli. Osim toga, kristali koji nastaju u ovom slučaju su male veličine i zrnastog oblika i stoga uzrokuju relativno mala oštećenja stanica.

Međutim, tokom procesa kristalizacije oslobađa se značajna količina toplote (latentna toplota kristalizacije), usled čega se uzorak zagreva – na kraju do temperature kristalizacije, tj. kada se pritisak smanji na atmosferski - na približno 0 °C. Nakon toga proces zamrzavanja prirodno prestaje. Kao rezultat toga, kada je pritisak uklonjen, samo je oko 28% vode imalo vremena da se kristalizira, a ostatak je ostao tečan.

Da bi sva voda kristalizirala, bilo bi potrebno ohladiti uzorak na temperaturu od približno -80 °C prije smanjenja tlaka - međutim, u tom slučaju led bi se počeo formirati mnogo ranije. M. Persidski je riješio problem primjenom pritiska ciklično. Uzorak, koji se zagrijao na 0 °C nakon prvog otpuštanja pritiska, počeo je ponovo da se hladi - istovremeno sa ponovnim povećanjem pritiska. Sljedeći put kada je bio "resetovan", sljedeći dio tečnosti imao je vremena da se zamrzne i tako dalje. Kao rezultat toga, bilo je moguće postići gotovo potpunu i „bezopasnu“ kristalizaciju vode, nakon čega se temperatura mogla sigurno spustiti na
–130 °C (i ispod) pri normalnom atmosferskom pritisku i održavajte bubreg u tom stanju neograničeno dugo vremena.

Prilikom odmrzavanja, ciklus se ponavljao obrnutim redoslijedom: bubreg je zagrijan na –28 °C, nakon čega je pritisak povećan na 2000 atm. U ovom slučaju došlo je do relativno ujednačenog topljenja kristala leda. Zatim je uzorak postupno zagrijavan uz istovremeno smanjenje tlaka.

Ovako sačuvani bubrezi, prema autorima eksperimenta, “pokazuju manje znakova oštećenja tkiva nego bubrezi zamrznuti bilo kojom drugom metodom” - iako nisu ostali održivi...

Nakon toga, tehnika zamrzavanja pod visokim pritiskom je korištena u pripremi bioloških uzoraka za mikroskopske studije. Da bi se napravio dovoljno tanak presek, uzorak se prvo mora prevesti u čvrsto stanje, ali konvencionalnim zamrzavanjem strukture ćelije su toliko oštećene da se praktično nema šta proučavati...

Pritisak od nekoliko hiljada atmosfera uspešno se koristi za zamrzavanje proizvoda u prehrambenoj industriji. U ovom slučaju se slijede dva cilja. Prvo, nakon dugotrajnog (i stoga na najnižoj mogućoj temperaturi) skladištenja, okus smrznutog proizvoda trebao bi se što manje razlikovati od svježeg. Za to je takođe važno da se ćelije ne uništavaju tokom zamrzavanja, što se donekle može postići zamrzavanjem pod pritiskom od oko 2 hiljade atm. Drugi cilj je istovremena sterilizacija proizvoda, koja se postiže, naprotiv, uništavanjem ćelija bakterija prisutnih u njemu. Za to je potreban mnogo veći pritisak - 6 hiljada atm. i više.

Autori nisu svjesni novih pokušaja korištenja visokog pritiska za reverzibilno očuvanje organa ili cijelih organizama, a ipak se ovaj put čini vrlo obećavajućim. Naravno, postavlja se pitanje štetnog dejstva visokog pritiska. Poznato je da sa svojim postepenim povećanjem na otprilike 500 atm. vitalnost ćelija nije smanjena. Na 6000 atm. i više, skoro sve ćelije umiru, ali srednje vrednosti mogu imati različite efekte, u zavisnosti od vrste i stanja ćelija, sadržaja vode, soli i drugih supstanci u njima, temperature itd.

Međutim, može se očekivati ​​postepeno povećanje pritiska do potrebnih 2 hiljade atm. neće uzrokovati štetu organizmu. Zaista, u pripremi za zamrzavanje, predmet se prvo ohladi na približno 0 °C (ako je živo biće, prestaje da diše) i stavlja se u komoru napunjenu tekućinom. Godine 1961. američki istraživač S. Jacob ga je podvrgao pritisku od oko 1000 atm tokom 30 minuta. pseće srce, upravo izvađeno iz tela i nastavlja da se skuplja. Nakon što je pritisak smanjen, otkucaji srca su nastavljeni.

Također je važno da neke krioprotektivne tvari djeluju i kao baroprotektori, odnosno štite stanice od izlaganja visokom pritisku. „Dobar“ krioprotektor ne samo da smanjuje tačku smrzavanja otopine, već i stabilizira ćelijske membrane, čineći ih elastičnijim.

Naravno, potrebno je riješiti niz problema: tokom eksperimenata razraditi optimalni režim hlađenja, odabrati specifične krioprotektore, itd. Na primjer, pri prolasku kroz cikluse „kompresija sa hlađenjem – otpuštanje pritiska“ dolazi do hlađenja. samo sa površine objekta. To dovodi do toga da će se led formirati na periferiji, dok se u centru, naprotiv, postojeći led može otopiti zbog povećanog pritiska. Ovo se može boriti ili sporijim snižavanjem temperature (i omogućavanjem da se objekt ravnomjernije ohladi) ili povećanjem koncentracije krioprotektivnih supstanci u vanjskim slojevima. U tom slučaju nije potrebno povećavati pritisak na maksimalne vrijednosti. Moguće je, povećanjem broja ciklusa, ostati u poznatim sigurnim granicama od 500-1000 atmosfera.

Osim toga, kao što su Smithovi eksperimenti sa zlatnim hrčcima pokazali, vitrifikacija samo oko 40% vode (i kristalizacija ostatka) može biti dovoljna za reverzibilnu krioprezervaciju.

Dakle, dostupni podaci u potpunosti nam dopuštaju da se nadamo upotrebi visokih pritisaka za kontrolu kristalizacije slobodne vode i krioprezervacije velikih bioloških objekata, organa, pa čak i cijelih organizama. Rad u ovom pravcu odvija se na Institutu za biofiziku ćelija Ruske akademije nauka (Laboratorija za krioprezervaciju genetskih resursa pod rukovodstvom E.N. Gakhove) zajedno sa Institutom za biomedicinske tehnologije i Državnim istraživačkim institutom VT im. . S.A. Vekshinsky.

Grafikon (vidi sliku 3) takođe pokazuje da je tačka ključanja rastvora viša od tačke ključanja čistog rastvarača. Tačka ključanja je temperatura na kojoj je pritisak zasićene pare jednak vanjskom pritisku. Dakle, drugačije je: za čistu vodu to je temperatura T1, a za rastvor je T2 .

Za razrijeđene otopine, kako se temperatura smanjuje (vidi sliku 3), čisti rastvarač počinje prvo kristalizirati. Ovo se dešava kada pritisak pare iznad rastvora postane jednak zasićenoj pari iznad kristala (linija O–B). Temperatura na kojoj počinje kristalizacija za rastvor sastava C 1 odgovara temperaturi T 3, a za sastav C 2 – T 4 . Kako se koncentracija otopljene tvari povećava, temperatura smrzavanja se smanjuje, što je jasno vidljivo i na P–T dijagramu (vidi sliku 3) .

Što je rastvor koncentrisaniji, krive pritiska pare nad rastvorima su dalje od odgovarajuće krive vode. Stoga, što je veća koncentracija otopine, veća je razlika između temperature ključanja ili smrzavanja vode i otopine.

Proučavajući zamrzavanje i ključanje otopina, Raoult je otkrio da je za razrijeđene otopine neelektrolita povećanje točke ključanja i smanjenje točke smrzavanja proporcionalno koncentraciji otopine.

Raoultov drugi zakon:povećanje tačke ključanja (niže tačke smrzavanja) rastvora u poređenju sa tačkom ključanja (smrzavanja) rastvarača proporcionalno je molarnoj koncentraciji otopljene supstance.

Matematički, ove promjene temperature mogu se izračunati pomoću formula:

;

;

Gdje K E – ebulioskopska (od latinskog ebullire - vreti) konstanta rastvarača; U Republiku Kirgistan– krioskopska (od grčkog srios - hladno) konstanta rastvarača; – povećanje tačke ključanja; – smanjenje temperature smrzavanja; Sa m– molalna koncentracija rastvorene supstance.

Ako slikaš Sa m, tada će formule poprimiti oblik:

Fizičko značenje Ebulioskopske i krioskopske konstante određuju se na sljedeći način. Njihove numeričke vrijednosti pokazuju , Za koliko stepeni više se smrzne jednomolarna otopina (koja sadrži 1 mol otopljene tvari u 1000 g rastvarača) i za koliko stupnjeva ispod se smrzne u odnosu na tačke ključanja i smrzavanja čistog rastvarača. Jedinice mjerenja su 1 deg mol -1 kg.

Ebulioskopske i krioskopske konstante ne ovise o prirodi otopljene tvari, već su karakteristike rastvarača. Njihove vrijednosti za neke rastvarače date su u tabeli 1.

Tabela 1 - Krioskopske i ebulioskopske konstante nekih rastvarača

Ebulioskopske i krioskopske metode za određivanje molekulskih masa supstanci zasnivaju se na mjerenju temperatura ključanja i smrzavanja otopina. Ove dvije metode imaju široku primjenu u hemiji, jer se korištenjem različitih otapala mogu odrediti molekularne težine različitih tvari.

Za određivanje molarne mase otopljene tvari prikladno je koristiti sljedeći odnos:

Gdje – povećanje tačke ključanja ili smanjenje tačke smrzavanja rastvora u poređenju sa odgovarajućim karakteristikama čistog rastvarača;

K – ebulioskopska ili krioskopska konstanta.

Sposobnost rastvora da se smrzavaju na nižoj temperaturi od rastvarača koristi se u pripremi rastvora niskog stepena smrzavanja, koji se tzv. antifriz. Antifriz se koristi za zamjenu vode u radijatorima automobilskih i avionskih motora zimi. Mogu se koristiti takozvane glavne komponente. polihidrični alkoholi - etilen glikol i glicerin:

CH 2 - CH 2 CH 2 - CH 2 - CH 2

HE HE HE HE HE

etilen glikol glicerin

Na primjer, vodena otopina etilen glikola (58 težinskih postotaka) smrzava se samo na temperaturi od minus 50 °C.

Osmoza

Spontani prolazak rastvarača kroz polupropusnu membranu koja razdvaja rastvor i rastvarač ili dva rastvora sa različitim koncentracijama otopljene supstance naziva se osmozom . Osmoza je uzrokovana difuzijom molekula rastvarača kroz polupropusnu pregradu, koja propušta samo molekule rastvarača. Molekuli rastvarača difundiraju iz rastvarača u rastvor ili iz manje koncentrisanog rastvora u više koncentrisani, pa se koncentrirani rastvor razblažuje, a visina njegovog stuba h takođe raste (slika 4).

U ravnoteži, vanjski pritisak uravnotežuje osmotski pritisak. U ovom slučaju, brzine naprijed i nazad tranzicije molekula kroz polupropusnu pregradu postaju iste. Ako je vanjski pritisak primijenjen na koncentriranu otopinu veći od osmotskog p, tj. p > p, tada će brzina prijelaza molekula rastvarača iz koncentrisane otopine biti veća, a otapalo će preći u razrijeđenu otopinu (ili čistu otopinu). rastvarač). Ovaj proces, tzv reverzna osmoza , koji se koristi za pročišćavanje prirodnih i otpadnih voda, za dobivanje vode za piće iz morske vode.

Kvantitativno, osmozu karakterizira osmotski tlak, jednak sili po jedinici površine, koji prisiljava molekule rastvarača da prodru kroz polupropusnu pregradu. Osmotski tlak raste s povećanjem koncentracije otopljene tvari i temperature. van't Hoff je to predložio za osmotski pritisak možemo primijeniti jednadžbu stanja idealnog plina:

Gdje str– osmotski pritisak, kPa; With- molarna koncentracija otopine, mol/l; R– univerzalna gasna konstanta, T– apsolutna temperatura.

Osmoza igra vrlo važnu ulogu u biološkim procesima, osiguravajući protok vode u ćelije i druge strukture. Otopine sa istim osmotskim pritiskom nazivaju se izotonični. Ako je osmotski tlak veći od unutarćelijskog tlaka, onda se naziva hipertonični, a ako je niži od unutarćelijskog tlaka, naziva se hipotoničan. Na primjer, prosječni osmotski tlak krvi na 36 °C je 780 kPa. Hipertonične otopine šećera (sirupa) i soli (salamure) se široko koriste za konzerviranje hrane, jer uzrokuju uklanjanje vode iz mikroorganizama.

Primjeri rješavanja problema

Prije rješavanja problema morate razumjeti sljedeće:

– tačka smrzavanja rastvora je niža od tačke smrzavanja rastvarača

– tačka ključanja rastvora je viša od tačke ključanja rastvarača

– vrijednost uvijek pozitivna i promjena temperature na Celzijusovoj skali i termodinamička Kelvinova skala numerički se podudaraju, tj. i .

Primjer 1. Određivanje tačke ključanja i tačke smrzavanja neelektrolita.

Odredite tačku ključanja i tačku smrzavanja 2% rastvora naftalena (C 10 H 8) u benzenu.

Rješenje

Na osnovu Raoultovog drugog zakona možemo napisati:

Vrijednost ebulioskopske konstante benzena, kao i tačku ključanja i smrzavanja benzena uzimamo iz tabele 1. M (C 10 H 8) = 128 g/mol. Podsjetimo da procentualna koncentracija pokazuje broj grama otopljene tvari u 100 g otopine, što znači da je masa naftalena 2 g, a masa rastvarača, odnosno benzena 100 – 2 = 98 g. , zamjenom poznatih vrijednosti u jednačinu, dobijamo

Pošto čisti benzol ključa na 80,1 °C, a porast temperature je 0,4 °C, tačka ključanja rastvora naftalena u benzenu je 80,5 °C.

Tačka smrzavanja ove otopine određuje se na isti način:

Tačka smrzavanja benzena je 5,5 °C. Smanjenje temperature je 0,8 stepeni, stoga je tačka smrzavanja 2% rastvora naftalena u benzenu 4,7 °C.

Primjer 2. Određivanje koncentracije neelektrolita na osnovu temperature kristalizacije (ključanja) otopina.

Odredite maseni udio saharoze C 12 H 2 20 11 u vodi ako je poznato da je tačka smrzavanja ovog rastvora minus 0,21 °C.

Rješenje.

Iz podataka o problemu proizilazi da hail Za određivanje masenog udjela saharoze u otopini koristimo jednačinu

u koje zamjenjujemo poznate vrijednosti: K KR - krioskopska konstanta, K KR = 1,86 deg mol -1 kg, i molarna masa saharoze M(C 12 H 2 20 11) = 342 g/mol. Stav

masa otopljene tvari na 1000 g rastvarača, tada

Na 1000 g otapala ima 38,6 g saharoze, tako da za određivanje masenog udjela otopljene tvari možete koristiti formulu

ili napravite proporciju:

1038,6 g rastvora sadrži 38,6 g saharoze;

100 g rastvora – xg saharoze.

Prema tome, maseni udio otopljene tvari iznosi 3,71%.

Primjer 4. Određivanje molarne mase neelektrolita iz temperature kristalizacije (ključanja).

Otopina bez elektrolita sadrži 2,5 g otopljene tvari u 25 g benzena i smrzava se na 4,3 °C. Odredite molarnu masu otopljene supstance.

Rješenje

Koristeći ove problemske uslove i tačku smrzavanja benzena plus 5,5°C, određujemo hail Molarna masa otopljene tvari može se odrediti iz relacije

gdje je K KR krioskopska konstanta benzena, K KR = 5,12 deg mol -1 kg.

g/mol.

Kontrolna pitanja

1 Koji pritisak se naziva tlakom zasićene pare?

2 Zapišite matematičke izraze za svaki Raoultov zakon i objasnite fizičko značenje veličina uključenih u ove izraze.

3 Jednake količine uree CO(NH 2) 2 i saharoze C 12 H 22 O 11 rastvorene su u istoj količini vode pod istim uslovima. Za koje rješenje će vrijednost biti veća?

4 Da li je smanjenje tačke smrzavanja 0,1 M vodenih rastvora glukoze C 6 H 12 O 6 i uree CO (NH 2) 2 isto?

Zadatak 1. Za koliko stepeni će se povećati tačka ključanja vodenog rastvora uree CO(NH 2) 2 ako se 8,5 g supstance rastvori u 300 g vode?

Zadatak 2. Izračunajte maseni udio metanola CH 3 OH u vodenom rastvoru čija je tačka smrzavanja minus 2,79 °C.

Zadatak 3. Odrediti tačku ključanja rastvora 1 g naftalena C 10 H 8 u 20 g etra, ako je tačka ključanja etra 35,6 °C, K E = 2,16 °C.

Zadatak 4. Rastvor od 1,05 g neelektrolita u 30 g vode smrzava se na
– 0,7°C. Izračunajte molekulsku težinu neelektrolita.

Zadatak 5. Izračunajte količinu etilen glikola C 2 H 4 (OH) 2 koja se mora dodati u svaki kilogram vode da se pripremi antifriz sa tačkom smrzavanja od minus 15°C.

Zadatak 7. Za pripremu antifriza uzeto je 9 litara glicerola C 3 H 5 (OH) 3 na 30 litara vode. Koja je tačka smrzavanja pripremljenog antifriza? Gustina glicerina je 1261 kg/m3.

Disperzovani sistemi

Hemikalije se mogu naći u čistom obliku ili u mješavinama. Smjese se, pak, mogu podijeliti na homo- i heterogene. Homogene jednofazne smjese uključuju prave otopine (vidi Odjeljak 1), u kojima je otopljena tvar predstavljena u obliku molekula ili iona, čije su veličine uporedive s molekulima rastvarača i ne prelaze 1 nm. Homogene smjese su termodinamički stabilne.

Kako se veličina čestica povećava, sistem postaje heterogen, sastoji se od dvije ili više faza sa visoko razvijenim interfejsom. I, kako pokazuje praksa, drugo područje fragmentacije materije formira novi skup svojstava svojstvenih samo ovom obliku organizacije materije.

Čak je i M.V. Lomonosov otkrio 1764. da se otopine smrzavaju na nižoj temperaturi od čistih rastvarača. Smanjenje točke smrzavanja otopine povezano je sa smanjenjem elastičnosti (pritiska) para otapala iznad otopine (promjena koncentracije ćelijskog soka u biljkama prema zimi).

Tačka smrzavanja rastvor je temperatura na kojoj su kristali rastvarača u ravnoteži sa rastvorom datog sastava.

Razlika Δt = t 0 ° - ti ° naziva se smanjenje temperature smrzavanja otopine i bit će veće, što je veća koncentracija otopine. Ova zavisnost je kvantitativno izražena jednadžbom:

Δt = K S m (36)

gdje je Δt smanjenje temperature smrzavanja otopine;

Cm—molna koncentracija;

K je koeficijent proporcionalnosti, tzv krioskopska konstanta rastvarača ili molalnog smanjenja tačke smrzavanja rastvora.

Metoda istraživanja zasnovana na mjerenju smanjenja tačke smrzavanja otopina naziva se krioskopska metoda.

Otopine se smrzavaju na nižim temperaturama i ključaju na višim temperaturama od čistih rastvarača.

Za rastvore neelektrolita, prema Raoultovom zakonu, smanjenje tačke smrzavanja rastvora je direktno proporcionalno molalnoj koncentraciji (jednačina 36).

Povećanje tačke ključanja otopine također je direktno proporcionalno molalnoj koncentraciji:

Δt kip =EC m (37)

E - ebulioskopska konstanta.

Osmotski tlak otopina izračunava se pomoću Van't Hoffove formule:

R osm =RTC m (38)

R - univerzalna plinska konstanta 8.314 kJ/mol deg

T - temperatura, 0 K, C m - molarna koncentracija.

Kontrolna pitanja

1. Šta je suština zakona raspodjele?

2. Izvođenje zakona o raspodjeli.

3. Primjena zakona o raspodjeli.

4. Na kom se stanju fazne ravnoteže zasniva izvođenje zakona raspodjele?

5. Koji faktori utiču na vrijednost koeficijenta raspodjele?

6. Koja ekstrakcija je efikasnija: pojedinačna ili frakcijska?

Zadaci

Broj posla	m g H 2 O	m g SUHAROZA	Broj posla	m g H 2 O	m g SUHAROZA
		60	.2
		55

NA KOJOJ TEMPERATURI ĆE KUPATI RASTVORI KOJI SADRŽE m g VODE m g ŠEĆER. IZRADI GRAF ZAVISNOSTI temperature ključanja od sadržaja rastvorene supstance u rastvoru

Broj posla	m g H 2 O	m g SUHAROZA	Broj posla	m g H 2 O	m g SUHAROZA
		60
		55

Broj posla	m g H 2 O	m g GLUKOZA	Broj posla	m g H 2 O	m g GLUKOZA
		4,57			10,01
					12,57
					5,56
					14,40
		8,32			11,54

ODREDITI TEMPERATURU SMRZAVANJA OTVORENJA U m g H 2 O KOJA SADRŽI m g GLUKOZE KONSTRUKIRAJ GRAF ZAVISNOSTI temperature SMRZAVANJA od sadržaja rastvorene supstance u rastvoru