Dvije važne posljedice proizlaze iz Raoultovog zakona:

1) Otopine vriju na višoj temperaturi od čistog otapala;

2) Otopine se smrzavaju na nižoj temperaturi od čistog otapala.

Pogledajmo ih detaljnije.

Vrenje je fizički proces promjene tekućine u plinovito stanje ili paru, pri čemu se u tekućini stvaraju mjehurići plina.

Tekućina ključa pod pritiskomzasićena para postaje jednaka vanjskom tlaku. Ako se vanjski tlak (na primjer, atmosferski) ne mijenja, aBudući da je tekućina individualna i kemijski čista tvar, njeno vrenje u otvorenoj zagrijanoj posudi odvija se na konstantnoj temperaturi sve dok tekuća faza potpuno ne nestane.

Dakle, pri atmosferskom tlaku od 101,325 kPa, vrelište pročišćene (destilirane) vode je 100 o C ili 373,16 K.

Ako se neka nehlapljiva tvar otopi u H 2 O, tada će se njezin tlak zasićene pare smanjiti. Da bi nastala otopina proključala, potrebno ju je zagrijati na temperaturu višu od 373,16 K, budući da će tek u takvim uvjetima tlak zasićene pare otapala ponovno postati jednak atmosferskom tlaku.

Smrzavanje ili kristalizacijaje fizikalna pojava praćena pretvorbom tekućine u krutinu. Štoviše, kristalne strukture se formiraju u cijelom volumenu tekućine.

Proces smrzavanja počinje kada tlak zasićene pare iznad tekućine postane jednak tlaku zasićene pare iznad njenih čvrstih kristala.

Ako vanjski (atmosferski) tlak ostane konstantan, iAko tekućina ne sadrži strane nečistoće, tada će tijekom procesa kristalizacije temperatura ohlađene tekućine ostati konstantna sve dok se tekuća faza potpuno ne pretvori u krutinu.

Pri atmosferskom tlaku jednakom 101,325 kPa, destilirana voda smrzava se na 0 ° C (273,16 K). Tlak zasićene pare vode iznad leda i tekućine u ovom je slučaju 613,3 Pa.

Za vodenu otopinu, tlak zasićene pare otapala na 0 o C bit će manji od 613,3 Pa, a iznad leda ostaje nepromijenjen. Led upušten u takvu otopinu brzo će se otopiti zbog kondenzacije viška pare iznad njega.

Tek snižavanjem temperature može se ponovno izjednačiti tlak zasićene pare iznad tekuće i krute faze i pokrenuti proces kristalizacije.

Eksperimentalno je utvrđeno da povećanje vrelišta (  t kip. ) i smanjenje temperature smrzavanja riješenje (  t zamjenik ) u usporedbi s čistim otapalom izravno je proporcionalna molalnoj koncentraciji otopljene tvari. Matematički se to može napisati na sljedeći način:

t kip. otopina – ne kuhati. p-tijelo =t kuhati. =Em

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

Gdjem– molalna koncentracijaotopljena tvar;EIK– odnosno ebulioskopski (lat.ebbulio– iskuhati) i krioskopske (grč. “krios” – hladno) konstante, čije vrijednosti ovise samo o prirodiotapalo (tablica 7).

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

Ebulioskopske i krioskopske konstante otapalo pokazuje za koliko se stupnjeva povećava smanjuje se vrelište i ledište otopina dobivena otapanjem jednog mola neelektrolita u jednom kilogramu otapala ( m = 1 mol/kg).

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

GdjeR– univerzalna plinska konstanta;T– vrelište otapala; - specifična toplina isparavanja otapala.

GdjeT- temperatura topljenjariješenjeartikal;l– specifična toplina taljenjaotapalo.

Tako, otopine tvari različite prirode, ali s istom molalnom koncentracijom, kuhat će i smrzavati se u isto vrijemetemperatura.

Postoji važna razlika koju treba primijetitiotopina iz čistog otapala. Ako potonji vrije i smrzava se pri konstantnojtemperatura, daklerješenja to čine u intervalutemperature, tj. Kako prokuhavaju, temperatura stalno raste, a kada se smrzavaju, opada. To je zbog činjenice da uklanjanje iz tekuće fazeotapalo u obliku pare ili čvrstih kristala dovodi do povećanja molalne koncentracije otopine, jer Tijekom procesa vrenja i smrzavanja otopljena tvar ostaje u nepromijenjenoj količini u tekućoj fazi (dok potpuno ne ispari ili se ne smrzne), a masa tekućeg otapala se smanjuje.

U praktičnim mjerenjima točka smrzavanja ili vrelišta otopine, bilježi se trenutak pojave prvih čvrstih kristala u njoj (npr t zamjenik ) ili mjehurići plina (npr t kip. ).

Svojstvo otopina da snize točku smrzavanja omogućuje njihovu upotrebu kao rashladne tekućine.

Stoga se otopine nekih organskih i anorganskih tvari koriste kao antifrizi za hlađenje motora s unutarnjim izgaranjem kada rade u najrazličitijim klimatskim uvjetima.

Degradacija temperatura smrzavanja otopine od velike je važnosti za žive organizme. Dakle, tekućina u njihovim stanicama je otopina raznih anorganskih i organskih tvari. Njegovotemperatura smrzavanja je ispod 0 O C (273.16 K ), tako da stanice ne umiru pod hipotermijom.

Zahvaljujući ovoj pojavi, biljke su očuvane zimi. Štoviše, što je veća koncentracija tvari u staničnoj tekućini, biljka može tolerirati niže vanjske temperature.

Istovremeno, radi snižavanja ledišta otopine u ohlađenim stanicama, ubrzava se proces hidrolize spojeva veće molekulske mase u one niske molekularne mase (na primjer, ugljikohidrata u glukozu).

Koligativna svojstva otopina su ona svojstva koja ovise samo o koncentraciji čestica otopljene tvari, ali ne i o njezinu kemijskom sastavu. U ovom odjeljku razmatrat će se sljedeća četiri koligativna svojstva otopina: 1) pad tlaka pare, 2) porast vrelišta, 3) pad ledišta, 4) osmotski tlak. Sva ova četiri svojstva odnose se na otopine koje sadrže nehlapljive topive tvari, tj. one topljive tvari čiji je tlak pare zanemariv.

Smanjenje tlaka pare otopina

Čestice čistog otapala mogu prijeći u parnu fazu s cijele površine tekućine (sl. 6.34). Međutim, u otopini je, zbog prisutnosti čestica otopljene tvari, otežan prijelaz čestica otapala s površine u parnu fazu. Ako otopljena tvar ima niži tlak pare od otapala, tada je tlak pare otopine niži od tlaka čistog otapala. Ovaj obrazac se može razumjeti na temelju Raoultovog zakona (vidi prethodni odjeljak). U ekstremnom slučaju kada otopina sadrži potpuno nehlapljivu otopljenu tvar, tlak pare otopine stvaraju isključivo čestice otapala. Na sl. Slika 6.35 prikazuje fazni dijagram tlak pare-sastav za takav slučaj. Naravno, ovaj ekstremni slučaj je čisto hipotetski, jer u stvarnosti sve krute tvari imaju određeni tlak pare, iako on može biti vrlo mali.

Riža. Slika 6.35 pokazuje da se s povećanjem molnog udjela nehlapljive otopljene tvari B tlak pare otopine smanjuje. Koristeći Raoultov zakon

Riža. 6.34. Nehlapljive čestice otopljene tvari sprječavaju uklanjanje čestica otapala s površine tekućine i time smanjuju tlak pare.

može se izvesti jednadžba koja opisuje smanjenje tlaka pare za razrijeđene otopine. Prema Raoultovom zakonu tlak pare otapala jednak je

Za dvokomponentni sustav imamo

i stoga

Ako ovaj izraz zamijenimo u jednadžbu (5), dobit ćemo

Iz toga slijedi da

To pokazuje da je smanjenje tlaka pare proporcionalno molnom udjelu nehlapljive otopljene tvari.

Povećanje vrelišta otopine

Otopina koja sadrži nehlapljivu otopljenu tvar manje je hlapljiva od čistog otapala. Stoga njegovo vrenje počinje na višoj temperaturi od vrenja čistog otapala. Na sl. Na slici 6.36 prikazana je ovisnost tlaka pare o temperaturi za čisto otapalo i za otopinu koja sadrži nehlapljivu topljivu tvar. Povećanje vrelišta proporcionalno je smanjenju tlaka pare:

Koristeći ovaj izraz i Raoultov zakon, možemo izvesti još jedan izraz koji povezuje smanjenje vrelišta sa sastavom otopine, naime

U ovom izrazu to znači molalnost otopljene tvari. Već smo se susreli s pojmom "molalitet" u odjeljku. 4.2. To znači broj molova otopljene tvari u 1 kg otapala.

Vrijednost se naziva ebulioskopska konstanta otapala. Također se naziva molalna konstanta porasta vrelišta ili jednostavno konstanta porasta vrelišta. U tablici Tablica 6.5 prikazuje vrijednosti konstante za neka otapala.

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

Riža. 6.36. Povećanje vrelišta otopine pri atmosferskom tlaku.

Eksperimentalno određivanje porasta vrelišta otopine

Za eksperimentalno određivanje porasta vrelišta otopine može se koristiti Landsbergerova metoda. Pare otapala prolaze kroz otapalo koje se nalazi u graduiranoj 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 tekućine poraste iznad točke vrenja.

Nakon mjerenja vrelišta čistog otapala ohladite ga i u njemu otopite odvaganu količinu otopljene tvari. Zatim se pare otapala propuštaju kroz dobivenu otopinu dok ne počne vrenje. U ovom trenutku izmjerite temperaturu otopine. Budući da je povećanje vrelišta otopine u usporedbi s čistim otapalom obično malo, potrebno je mjeriti temperaturu s dovoljnom točnošću. U tu svrhu koristi se Beckmanov termometar. Koncentracija otopine određuje se poznavanjem mase otopljene tvari i konačnog volumena otopine koji se utvrđuje pomoću graduirane čaše.

Tablica 6.5. Ebulioskopska trajna otapala

Riža. 6.37. Instalacija za određivanje porasta vrelišta otopine.

Određivanje molarne mase tvari povećanjem vrelišta njezine otopine

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

1) eksperimentalno određivanje porasta vrelišta;

2) izraz molaliteta otopljene tvari kroz nepoznatu molarnu masu i eksperimentalno određene mase otopljene tvari i otapala, koje odgovaraju utvrđenom porastu vrelišta;

3) određivanje ebulioskopske konstante pomoću tablica ili eksperimentalno. U potonjem slučaju, pokus treba ponoviti koristeći isto otapalo, ali drugu otopljenu tvar s poznatom molarnom masom.

Potreban izraz za molalitet izveden je iz njegove definicije:

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

gdje je masa otopljene tvari u gramima, nepoznata molarna masa otopljene tvari, izraz (7) možemo transformirati 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 jednadžbu (6), dobit ćemo

Koristeći ovu jednadžbu, izrazimo sada nepoznatu molarnu masu u terminima eksperimentalno određenih količina:

Propanon ima vrelište kao propanon otopljen u 1,00 g nehlapljive tvari. Vrelište dobivene otopine 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 tvari otopi u 10 g otapala, vrelište se povisi za 1,2°C. Zamjenom ove i drugih poznatih veličina u jednadžbu (8), dobivamo

Dakle, molarna masa nehlapljive otopljene tvari je 142,5 g/mol i stoga je njena relativna molekulska masa 142,5.

Snižavanje točke smrzavanja otopine

U prethodnom odjeljku je naznačeno da dodavanje druge komponente tekućini dovodi do smanjenja njezine točke smrzavanja (vidi sl. 6.33). Smanjenje ledišta AT ovisi o molalnosti otopljene tvari (prema vrsti odnosa koji određuje porast vrelišta otopine):

gdje je krioskopska konstanta otapala, koja se inače naziva molalna konstanta sniženja točke ledišta ili jednostavno konstanta sniženja točke ledišta.

Vrijednosti krioskopske konstante za neka otapala dane su u tablici. 6.6.

Kako bi se eksperimentalno odredilo smanjenje temperature smrzavanja, instalacija je shematski prikazana na Sl. 6.38. U unutarnjem

Tablica 6.6. Krioskopska trajna otapala

Riža. 6.38. Instalacija za određivanje smanjenja ledišta otopine.

Poznata masa otapala stavi se u graduiranu staklenu epruvetu. Otapalo se polako hladi uz stalno miješanje kako bi se smanjilo superhlađenje (vidi prethodni odjeljak). U ovom slučaju, temperatura se određuje svakih pola minute pomoću Beckmanovog termometra. Na temelju njegovih očitanja konstruira se krivulja hlađenja na kojoj se određuje temperatura smrzavanja. Otapalo se zatim zagrijava dok se ne otopi i doda mu se poznata masa otopljene tvari. Otopina se miješa dok se dodana tvar potpuno ne otopi. Otopina se zatim ohladi, bilježi temperaturu svakih pola minute i odredi se nova točka smrzavanja.

Određivanje relativne molekulske mase tvari snižavanjem ledišta njezine otopine

Sniženje ledišta otopine nehlapljive tvari može se koristiti za određivanje njezine relativne molekularne težine.

U Rasta metodi koja se temelji na ovom principu, otapalo je

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

Octena kiselina ima ledište od 16,63°C. Kada je u 40 g te kiseline dodano 2,5 g nepoznate organske tvari, ledište dobivene otopine palo je na 15,48 °C. Izračunajmo relativnu molekulsku masu nepoznate otopljene tvari.

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

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

Dakle, relativna molekularna težina organske otopljene tvari je 212.

Osmotski tlak

Osmoza je spontani prolaz otapala kroz polupropusnu membranu iz razrijeđene otopine ili čistog otapala u koncentriranu otopinu. Ovaj se fenomen može demonstrirati pomoću uređaja koji je shematski prikazan na Sl. 6.39. Širi kraj cijevi, zatvoren životinjskom membranom (na primjer, bikov mjehur), napuni se otopinom šećera i uroni u čašu vode. Nakon nekog vremena voda prolazi kroz membranu u otopinu šećera.

Membrana koja propušta čestice otapala, ali ne propušta čestice otopljene tvari naziva se polupropusna membrana. Polupropusna membrana omogućuje česticama otapala prolaz u oba smjera. Međutim, budući da je na strani membrane gdje je koncentracija otopine viša, koncentracija otapala, naprotiv, manja, dolazi do rezultirajućeg prijelaza otapala u koncentriranu otopinu. To dovodi do uspostavljanja razlike tlakova s ​​obje strane membrane. Tlak koji se mora primijeniti na koncentriranu otopinu kako bi se spriječilo kretanje otapala 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 tlak ima važnu ulogu u biološkim procesima. Na primjer, kod životinja neke vrste stanica, poput crvenih krvnih stanica, sadrže slanu otopinu. Te su stanice omeđene plazma membranom. U vodenom okolišu, crvena krvna zrnca podliježu osmozi, bubre i pucaju. Međutim, ako su izložene koncentriranijoj otopini soli, stanice se smanjuju.

Riža. 6.39. Pokus koji pokazuje učinak osmotskog tlaka.

Biljne stanice sadrže otopine soli u posebnim šupljinama - vakuolama. Vakuola je okružena tankim slojem citoplazme, koja ima svojstva polupropusne membrane i kontrolira apsorpciju vode u biljnoj stanici.

Ako tlak primijenjen na koncentriranu otopinu premašuje osmotski tlak, otapalo prelazi iz koncentrirane otopine kroz membranu u razrijeđenu otopinu. Taj se proces naziva reverzna osmoza. Industrijsku primjenu nalazi u svrhu dobivanja pitke vode iz morske vode.

Pokusi slični gore opisanom s otopinom šećera pokazuju da: 1) pri konstantnoj temperaturi, osmotski tlak je izravno proporcionalan razlici koncentracija u otopinama odvojenim membranom; 2) kod fiksnog

Koncentracijske razlike, osmotski tlak je izravno proporcionalan apsolutnoj temperaturi.

Odnos između osmotskog tlaka i temperature sličan je jednadžbi stanja idealnog plina (vidi odjeljak 3.1). Zove se van't Hoffova jednadžba:

U ovoj jednadžbi - osmotski tlak, K - volumen otopine, - broj molova otopljene tvari, T - apsolutna temperatura, - molarna plinska konstanta. Jednadžba (11) se može prikazati u drugom obliku:

gdje je c koncentracija otopine

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

Određivanje relativne molekulske mase otopljene tvari pomoću osmotskog tlaka otopine

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

Otopina šećera koncentracije 2,5 g/dm3 stvara pri 25 °C osmotski tlak od atm. Izračunajmo relativnu molekulsku masu otopljene tvari.

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

Zamjenom ovih vrijednosti u Van't Hoffovu jednadžbu, nalazimo

Abnormalne vrijednosti relativne molekularne težine

Gore je pokazano da se za određivanje relativne molekularne težine mogu koristiti tri različita koligativna svojstva otopina, naime: 1) povećanje vrelišta; 2) snižavanje temperature smrzavanja; 3) osmotski tlak.

Abnormalne vrijednosti relativne molekularne težine mogu se dobiti kada se otopljena tvar asocira ili disocira u otopini. Na primjer, karboksilne kiseline mogu se pridružiti u organskim otapalima u dimere (vidi sliku 6.26). To se događa zbog stvaranja vodikovih veza. Elektroliti poput natrijeva klorida disociraju u vodenim otopinama:

Stoga koligativna svojstva otopina elektrolita ovise samo o koncentraciji, a ne o kemijskoj prirodi iona otopljene tvari prisutnih u otopini. U otopini natrijeva klorida na svaki mol otopljene otopine dolaze dva mola iona. Zbog toga se relativna molekularna težina dobivena povećanjem vrelišta otopine ispostavlja da je otprilike polovica one izračunate iz kemijske formule.

Usporedbom vrijednosti relativne 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 - znanosti o utjecaju niskih i ultraniskih temperatura na biološke objekte - je potraga za mogućnostima očuvanja živih organizama ili pojedinih organa u stanju dubokog smrzavanja. Tehnika krioprezervacije pojedinačnih stanica ili, na primjer, embrija dobro je razvijena, ali reverzibilno (tj. održavanje održivosti nakon odmrzavanja) zamrzavanje velikih objekata nailazi na ozbiljne prepreke. Glavna poteškoća je u tome što je s velikim volumenom i masom teško postići ravnomjerno hlađenje. Neravnomjerno zamrzavanje dovodi do ozbiljnih i nepovratnih oštećenja stanica i tkiva. U međuvremenu, rješavanje ovog problema moglo bi pomoći, primjerice, u stvaranju banke organa za transplantaciju i time spasiti živote tisuća pacijenata. Još je primamljivija mogućnost da se teško bolesni pacijent drži u stanju dubokog hlađenja sve dok mu medicina ne bude u mogućnosti pomoći, možda desetljećima od sada.

Najveća opasnost tijekom smrzavanja je mehaničko oštećenje staničnih membrana od nastalih kristala leda. Formirajući se i izvan i, što je mnogo opasnije, unutar stanica, oni razbijaju lipidni bimolekularni sloj koji tvori te membrane.

Za zaštitu stanica od oštećenja tijekom zamrzavanja koriste se posebne tvari - krioprotektori. Dijele se u dvije skupine: prodiru u stanicu ili unutarstanične (dimetil sulfoksid (DMSO), acetamid, propilen glikol, glicerol, etilen glikol) i ne prodiru ili egzocelularne (polietilen glikoli i polietilen oksidi, Ficoll, saharoza, trehaloza, itd.), koji djeluju izvana, osmotski izvlačeći vodu iz stanice.

Potonje je korisno: što manje vode ostane u ćeliji, manje će se leda kasnije formirati. Ali uklanjanje vode dovodi do povećanja koncentracije soli koje ostaju unutar stanice - do vrijednosti pri kojima dolazi do denaturacije proteina. Endocelularni krioprotektori ne samo da smanjuju točku smrzavanja, već i razrjeđuju "slanu vodu" nastalu tijekom kristalizacije, sprječavajući denaturaciju proteina.

Najviše se koriste glicerin i DMSO. Kada se dodaju u vodu, njena točka ledišta se smanjuje, a najnižu vrijednost postiže u omjeru od približno 2:1. Ova najniža temperatura zove se eutektik, ili kriohidrat. Daljnjim hlađenjem takvih smjesa, veličine nastalih kristala leda ispadaju toliko male (usporedive s veličinom kristalne ćelije) da ne uzrokuju značajna oštećenja staničnih struktura.

Kad bi bilo moguće koncentraciju krioprotektora u živim tkivima dovesti do eutektike, to bi u potpunosti riješilo problem oštećenja tkiva kristalima leda. Međutim, u takvim koncentracijama svi poznati krioprotektori pokazuju se toksičnima.

U praksi se koriste koncentracije krioprotektora koje su znatno niže od eutektičkih koncentracija, a pritom se dio vode ipak smrzava. Dakle, kada se koristi 27% otopina glicerola, 40% vode prisutne u ćeliji tvori eutektičku smjesu s glicerolom, dok se ostatak smrzava. Međutim, kako su pokazali pokusi provedeni 1954–1960. Engleski kriobiolog Audrey Smith, zlatni hrčci mogu preživjeti u situaciji u kojoj se do 50-60% vode sadržane u tkivima njihovog mozga pretvorilo u led!

Brzina hlađenja je od velike važnosti za rješavanje problema reverzibilnog smrzavanja. Tijekom sporog hlađenja (u parama tekućeg dušika ili u zamrzivačima s posebnim programima) kristali leda nastaju uglavnom u međustaničnom prostoru. Dok se hlade, rastu, crpeći vodu iz stanica. Kao što je već spomenuto, to može značajno smanjiti štetu koju kristali uzrokuju stanicama – ali se koncentracija soli unutar stanica značajno povećava, povećavajući rizik od denaturacije proteina.

Nažalost, optimalne stope smanjenja temperature koje čine kompromis između štetnih učinaka ledenih kristala i visokih koncentracija otopljenih tvari uvelike se razlikuju među tipovima stanica. Optimalne koncentracije krioprotektora za njih su također različite. To uvelike otežava krioprezervaciju organa i tkiva koji uključuju nekoliko različitih vrsta stanica, a još više cijelih organizama.

Tijekom brzog hlađenja (na primjer, uranjanje uzorka u tekući dušik), voda nema vremena difundirati iz stanica; kristali se formiraju i izvan i unutar stanica, ali zbog bržeg hlađenja ispadaju mnogo manji nego u prvom slučaju i nemaju vremena za stvaranje u svim stanicama. U tom slučaju mogu se izbjeći toksične koncentracije soli, a trajanje njihove izloženosti je kraće, kao i trajanje štetnog djelovanja krioprotektora. Potonji omogućuje korištenje viših koncentracija.

Uz dovoljno brzo hlađenje na 0 °C i malo niže, voda se ne smrzava (kristalizira) odmah. Prvo nastaje prehlađena tekućina. U eksperimentima koje je spomenula Smith, u nekim je slučajevima uspjela ohladiti zlatne hrčke na -6 °C bez stvaranja kristala leda. Istovremeno, koža i udovi životinja ostali su mekani. I nakon zagrijavanja, hrčci su oživjeli bez vidljivih štetnih posljedica. Gravidne ženke (ako je hipotermija nastupila u prvoj polovici trudnoće) okotile su normalne mladunce.

Postoji tehnika za izvođenje kirurških operacija na novorođenčadi malih sisavaca - na primjer, miševa. Anestezija u ovoj dobi praktički je neprimjenjiva, pa se mladunci jednostavno hlade 15-20 minuta dok ne izgube pokretljivost i osjetljivost. Poznat je slučaj kada je tijekom takvih studija (učinak uklanjanja vomeronazalnog organa na ponašanje glodavaca) u laboratoriju jednog od moskovskih instituta, nekoliko novorođenih mladunčadi Djungarskog hrčka, zbog nemara eksperimentatora, stavljeno pod kontrolu. jednostavno zaboravljen ležati na pamučnoj posteljini u komori s temperaturom od –12 °C. Nakon vađenja - nakon 2-3 sata - bili su potpuno tvrdi, a tijelo im je doslovno "drveno kuckalo". Nakon nekog vremena na sobnoj temperaturi, mladunci su oživjeli, počeli se kretati i ispuštati zvukove...

Tekućine u tijelu obično se počinju smrzavati na –1... –3 °C. Međutim, kako se dio vode pretvara u led, koncentracija otopljenih tvari u preostaloj tekućini raste, a točka ledišta te tekućine nastavlja se smanjivati.

Temperatura potpunog smrzavanja različitih bioloških tekućina uvelike varira, ali u svakom slučaju ispada da je ispod –22...–24 °C.

Vjerojatnost stvaranja "jezgre" kristala leda po jedinici vremena u prehlađenoj tekućini proporcionalna je volumenu te tekućine i snažno ovisi o temperaturi: pri –40 ° C i pri tlaku od 1 atm. kristalizacija čiste vode događa se gotovo trenutačno, ali na još nižim temperaturama (oko -70 °C, brzina rasta kristala usporava se zbog povećanja viskoznosti vode. Konačno, na temperaturi od oko -130 °C, kristali rast potpuno prestaje. Ako tekućinu ohladite dovoljno brzo da "preskočite" temperaturu aktivne kristalizacije prije nego što se stignu formirati kristali opasne veličine, viskoznost se toliko poveća da nastane čvrsta staklasta tvar. Taj se fenomen naziva stakleni prijelaz ili ostakljivanje.

Ako je moguće stanice ili tkiva ohladiti na temperaturu staklastog prijelaza, one mogu u tom stanju ostati neograničeno dugo, a nastala oštećenja bit će neusporedivo manja nego kod hlađenja s kristalizacijom. Zapravo, to bi bilo rješenje problema očuvanja bioloških objekata u stanju dubokog smrzavanja. Istina, kad se stanice otope, da bi oživjele, morat će ponovno proći kroz opasno temperaturno područje...

Brzina rasta kristala leda u stanici može se smanjiti dodavanjem nečistoća u vodu koje povećavaju njenu viskoznost – glicerin, šećeri itd. Osim toga, postoje tvari koje blokiraju stvaranje kristala leda. Na primjer, imaju takva svojstva. posebni proteini koje proizvode organizmi brojnih životinja otpornih na hladnoću - arktičke i antarktičke ribe, neki insekti itd. Molekule ovih tvari imaju područja koja su komplementarna površini kristala leda - "sjede" na ovoj površini, zaustavljaju njegov daljnji rast.

Pri hlađenju velikih (u usporedbi sa ćelijom - 1 mm ili više) objekata unutar njih obično nastaju značajni gradijenti temperature. Prvo se smrzavaju vanjski slojevi i stvara se takozvana fronta kristalizacije koja se kreće izvana prema unutra. Koncentracija soli i drugih tvari otopljenih u vodi prije ove fronte naglo raste. To dovodi do denaturacije proteina i oštećenja drugih staničnih makromolekula. Drugi problem je pucanje tkanine. Njegov uzrok je neravnomjerno i heterogeno hlađenje, posebno u situaciji kada vanjski slojevi otvrdnu prije unutarnjih.

Još u 60-ima. XX. stoljeća Predložena je ideja korištenja visokog tlaka za kontrolu kristalizacije vode. Ova se ideja temelji na smanjenju temperature faznog prijelaza voda/led s povećanjem tlaka. Na 2045 atm. Temperatura kristalizacije čiste vode je –22 °C. Na ovaj način nije moguće postići veće smanjenje temperature smrzavanja - daljnjim povećanjem tlaka ona ponovno počinje rasti.

Davne 1967. godine američki M.D. Persidsky i njegovi kolege eksperimentirali su sa zamrzavanjem psećih bubrega. Istraživači su perfundirali bubrege 15%-tnom otopinom dimetil sulfoksida (perfuzija je unošenje tvari u biološki objekt kroz sustav krvnih žila), a zatim ih ohladili uz istodobno povećanje tlaka tako da u bilo kojem trenutku temperatura nije bila ispod točke smrzavanja koja odgovara određenom tlaku. Kada je postignuta minimalna vrijednost temperature (u ovom slučaju, zbog prisutnosti krioprotektora, bila je oko –25 °C), tlak je smanjen.

Uz brzo otpuštanje tlaka, tekućina prehlađena na takvu temperaturu ne može postojati više od nekoliko sekundi, nakon čega dolazi do spontane kristalizacije. Ali kristali koji nastaju u ovom slučaju ravnomjerno su raspoređeni po volumenu uzorka, a ne dolazi do fronte kristalizacije, kao ni do neravnomjernog povećanja koncentracije soli. Osim toga, kristali koji nastaju u ovom slučaju male su veličine i granularnog oblika te stoga relativno malo oštećuju stanice.

Međutim, tijekom procesa kristalizacije oslobađa se značajna količina topline (latentna toplina kristalizacije), zbog čega dolazi do zagrijavanja uzorka - u konačnici do temperature kristalizacije, tj. kada tlak padne na atmosferski - na približno 0 °C. Nakon čega se proces zamrzavanja prirodno zaustavlja. Kao rezultat toga, kada je pritisak uklonjen, samo je oko 28% vode imalo vremena za kristalizaciju, a ostatak je ostao tekući.

Kako bi se sva voda kristalizirala, bilo bi potrebno ohladiti uzorak na temperaturu od otprilike -80 °C prije smanjenja tlaka - međutim, u ovom slučaju, led bi se počeo stvarati mnogo ranije. M. Persidski je problem riješio cikličkom primjenom pritiska. Uzorak, koji se nakon prvog otpuštanja tlaka zagrijao do 0 °C, ponovno se počeo hladiti - istodobno s ponovnim povećanjem tlaka. Sljedeći put kada je "resetiran", sljedeći dio tekućine imao je vremena za zamrzavanje, i tako dalje. Kao rezultat, bilo je moguće postići gotovo potpunu i "bezopasnu" kristalizaciju vode, nakon čega se temperatura mogla sigurno spustiti na
–130 °C (i niže) pri normalnom atmosferskom tlaku i zadržati bubreg u tom stanju neograničeno dugo.

Prilikom odmrzavanja, ciklus je ponovljen obrnutim redoslijedom: bubreg je zagrijan na –28 °C, nakon čega je tlak povećan na 2000 atm. U ovom slučaju došlo je do relativno ravnomjernog taljenja kristala leda. Zatim je uzorak postupno zagrijavan uz istodobno smanjenje tlaka.

Ovako konzervirani 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 tlakom korištena je u pripremi bioloških uzoraka za mikroskopska istraživanja. Da bi se napravio dovoljno tanak presjek, uzorak se najprije mora prevesti u čvrsto stanje, ali kod konvencionalnog zamrzavanja stanične strukture su toliko oštećene da se praktički nema što proučavati...

Tlak od nekoliko tisuća atmosfera uspješno se koristi za zamrzavanje proizvoda u prehrambenoj industriji. U ovom slučaju slijede dva cilja. Prvo, nakon dugotrajnog (a time i na najnižoj mogućoj temperaturi) skladištenja, okus smrznutog proizvoda trebao bi se što manje razlikovati od svježeg. Za to je također važno da se stanice tijekom smrzavanja ne unište, što se u određenoj mjeri može postići smrzavanjem pri tlaku od oko 2 tisuće atm. Drugi cilj je istodobna sterilizacija proizvoda, što se postiže, naprotiv, uništavanjem stanica bakterija prisutnih u njemu. Za to je potreban mnogo veći tlak - 6 tisuća atm. i više.

Autorima nisu poznati novi pokušaji korištenja visokog tlaka za reverzibilno očuvanje organa ili cijelih organizama, no ipak se taj put čini vrlo obećavajućim. Naravno, postavlja se pitanje štetnosti visokog tlaka. Poznato je da s postupnim povećanjem na približno 500 atm. vitalnost stanica nije smanjena. Na 6000 atm. i više, gotovo sve stanice umiru, ali međuvrijednosti mogu imati različite učinke, ovisno o vrsti i stanju stanica, sadržaju vode, soli i drugih tvari u njima, temperaturi itd.

Međutim, može se očekivati ​​postupno povećanje tlaka do potrebnih 2 tisuće atm. neće uzrokovati štetu tijelu. Dapače, u pripremi za smrzavanje predmet se najprije ohladi na otprilike 0°C (ako se radi o živom biću, prestaje disati) i stavi u komoru napunjenu tekućinom. Godine 1961. američki istraživač S. Jacob izložio ga je pritisku od oko 1000 atm u trajanju od 30 minuta. srce psa, upravo izvađeno iz tijela i nastavlja se kontrahirati. Nakon što je pritisak popustio, otkucaji srca su se obnovili.

Također je važno da neke krioprotektivne tvari djeluju i kao baroprotektori, odnosno štite stanice od izloženosti visokom tlaku. "Dobar" krioprotektor ne samo da smanjuje točku smrzavanja otopine, već i stabilizira stanične membrane, čineći ih elastičnijim.

Naravno, potrebno je riješiti niz problema: tijekom pokusa razraditi optimalni način hlađenja, odabrati specifične krioprotektore itd. Na primjer, kada prolazite kroz cikluse "kompresija s hlađenjem - otpuštanjem tlaka", dolazi do hlađenja samo s površine predmeta. To dovodi do toga da će se led formirati na periferiji, dok se u središtu, naprotiv, postojeći led može otopiti zbog povećanog tlaka. Protiv toga se može boriti sporijim snižavanjem temperature (i dopuštanjem predmetu da se ravnomjernije hladi) ili povećanjem koncentracije krioprotektivnih tvari u vanjskim slojevima. U tom slučaju nije potrebno povećavati tlak do maksimalnih vrijednosti. Moguće je, povećanjem broja ciklusa, ostati unutar poznatih sigurnih granica od 500-1000 atmosfera.

Osim toga, kako 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 korištenju visokih tlakova za kontrolu kristalizacije slobodne vode i krioprezervaciju velikih bioloških objekata, organa, pa čak i cijelih organizama. Rad u tom smjeru provodi se u Institutu za biofiziku stanice Ruske akademije znanosti (Laboratorij za krioprezervaciju genetskih resursa pod vodstvom E.N. Gakhove) zajedno s Institutom za biomedicinske tehnologije i Državnim istraživačkim institutom VT nazvan. . S.A. Vekšinski.

Graf (vidi sliku 3) također pokazuje da je vrelište otopine više od vrelišta čistog otapala. Vrelište je temperatura pri kojoj je tlak zasićene pare jednak vanjskom tlaku. Stoga je različita: za čistu vodu to je temperatura T1, a za otopinu T2 .

Za razrijeđene otopine, kako se temperatura smanjuje (vidi sliku 3), čisto otapalo prvo počinje kristalizirati. To se događa kada tlak pare iznad otopine postane jednak zasićenoj pari iznad kristala (linija O–B). Temperatura na kojoj počinje kristalizacija za otopinu sastava C 1 odgovara temperaturi T 3, a za sastav C 2 – T 4 . Povećanjem koncentracije otopljene tvari smanjuje se ledište, što je također jasno vidljivo na P–T dijagramu (vidi sliku 3). .

Što je otopina koncentriranija, to su krivulje tlaka pare iznad otopina dalje od odgovarajuće krivulje vode. Stoga, što je veća koncentracija otopine, veća je razlika između temperature vrenja ili smrzavanja vode i otopine.

Proučavajući smrzavanje i vrelište otopina, Raoult je otkrio da je za razrijeđene otopine neelektrolita povećanje vrelišta i smanjenje ledišta proporcionalno koncentraciji otopine.

Raoultov drugi zakon:porast vrelišta (donjeg ledišta) otopine u usporedbi s vrelištem (ledištem) otapala proporcionalan je molarnoj koncentraciji otopljene tvari.

Matematički, ove promjene temperature mogu se izračunati pomoću formula:

;

;

Gdje K E – ebulioskopska (od lat. ebullire - kuhati) konstanta otapala; U Republiku Kirgistan– krioskopska (od grč. srios - hladno) konstanta otapala; – povećanje vrelišta; – smanjenje temperature smrzavanja; s m– molalna koncentracija otopljene tvari.

Ako slikate s m, tada će formule imati oblik:

Fizičko značenje Ebulioskopske i krioskopske konstante određuju se kako slijedi. Njihove brojčane vrijednosti pokazuju , Za koliko se stupnjeva više smrzava jednomolarna otopina (koja sadrži 1 mol otopljene tvari u 1000 g otapala), a za koliko stupnjeva ispod ledišta u odnosu na vrelište i ledište čistog otapala. Mjerne jedinice su 1 deg mol -1 kg.

Ebulioskopske i krioskopske konstante ne ovise o prirodi otopljene tvari, već su karakteristike otapala. Njihove vrijednosti za neka otapala dane su u tablici 1.

Tablica 1 - Krioskopske i ebulioskopske konstante nekih otapala

Ebulioskopske i krioskopske metode za određivanje molekulskih masa tvari temelje se na mjerenju temperature vrenja i smrzavanja otopina. Ove dvije metode imaju široku primjenu u kemiji, jer se pomoću različitih otapala mogu odrediti molekularne težine različitih tvari.

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

Gdje – povećanje vrelišta ili smanjenje ledišta otopine u usporedbi s odgovarajućim karakteristikama čistog otapala;

K – ebulioskopska ili krioskopska konstanta.

Sposobnost otopina da se smrzavaju na nižoj temperaturi od otapala koristi se u pripremi otopina niskog ledišta, tzv. antifriz. Antifriz se koristi za zamjenu vode u radijatorima motora automobila i zrakoplova zimi. Mogu se koristiti takozvane glavne komponente. polivalentni alkoholi - etilen glikol i glicerin:

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

HE HE HE HE HE

etilen glikol glicerin

Vodena otopina etilenglikola (58 posto težine), na primjer, smrzava se samo na temperaturi od minus 50 °C.

Osmoza

Spontani prolaz otapala kroz polupropusnu membranu koja razdvaja otopinu i otapalo ili dvije otopine s različitim koncentracijama otopljene tvari naziva se osmozom . Osmoza je uzrokovana difuzijom molekula otapala kroz polupropusnu pregradu, koja propušta samo molekule otapala. Molekule otapala difundiraju iz otapala u otopinu ili iz manje koncentrirane otopine u jače koncentriranu, pa se koncentrirana otopina razrjeđuje, a povećava se i visina njezinog stupca h (slika 4).

U ravnoteži vanjski tlak uravnotežuje osmotski tlak. U tom slučaju, brzine prijelaza naprijed i natrag molekula kroz polupropusnu pregradu postaju iste. Ako je vanjski tlak primijenjen na koncentriraniju otopinu viši od osmotskog p, tj. p > p, tada će brzina prijelaza molekula otapala iz koncentrirane otopine biti veća, a otapalo će prijeći u razrijeđenu otopinu (ili čistu). otapalo). Ovaj proces, tzv obrnuta osmoza , koristi se za pročišćavanje prirodnih i otpadnih voda, za dobivanje pitke vode iz morske vode.

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

Gdje str– osmotski tlak, kPa; S- molarna koncentracija otopine, mol/l; R– univerzalna plinska konstanta, T– apsolutna temperatura.

Osmoza ima vrlo važnu ulogu u biološkim procesima, osiguravajući protok vode u stanice i druge strukture. Otopine s istim osmotskim tlakom nazivaju se izotonične. Ako je osmotski tlak viši od unutarstaničnog tlaka, tada se naziva hipertoničan, ako je niži od unutarstaničnog tlaka, naziva se hipotoničan. Na primjer, prosječni osmotski tlak krvi na 36 °C je 780 kPa. Hipertonične otopine šećera (sirup) i soli (salamura) naširoko se koriste za konzerviranje hrane, jer uzrokuju uklanjanje vode iz mikroorganizama.

Primjeri rješavanja problema

Prije rješavanja problema trebali biste razumjeti sljedeće:

– točka ledišta otopine niža je od točke ledišta otapala

– vrelište otopine je više od vrelišta otapala

– vrijednost uvijek pozitivna i promjena temperature na Celzijevoj ljestvici i termodinamička Kelvinova skala brojčano podudaraju, tj. i .

Primjer 1. Određivanje vrelišta i ledišta neelektrolita.

Odredite vrelište i ledište 2%-tne otopine naftalena (C 10 H 8) u benzenu.

Riješenje

Na temelju Raoultovog drugog zakona možemo napisati:

Vrijednost ebulioskopske konstante benzena, kao i vrelište i ledište benzena uzimamo iz tablice 1. M (C 10 H 8) = 128 g/mol. Podsjetimo, postotna koncentracija pokazuje broj grama otopljene tvari u 100 g otopine, što znači da je masa naftalina 2 g, a masa otapala, odnosno benzena, 100 – 2 = 98 g. Tada je , zamjenjujući poznate vrijednosti u jednadžbu, dobivamo

Budući da čisti benzen vrije na 80,1 °C, a porast temperature iznosi 0,4 °C, vrelište otopine naftalena u benzenu je 80,5 °C.

Točka smrzavanja ove otopine određuje se na isti način:

Ledište benzena je 5,5 °C. Pad temperature je 0,8 stupnjeva, stoga je ledište 2% otopine naftalena u benzenu 4,7 °C.

Primjer 2. Određivanje koncentracije neelektrolita na temelju temperature kristalizacije (vrelišta) otopina.

Odredite maseni udio saharoze C 12 H 2 20 11 u vodi ako je poznato da je ledište te otopine minus 0,21 °C.

Riješenje.

Iz podataka o problemu proizlazi da tuča Za određivanje masenog udjela saharoze u otopini koristimo se jednadžbom

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

je masa otopljene tvari na 1000 g otapala, dakle

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

ili napravite omjer:

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

100 g otopine – xg saharoze.

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

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

Otopina koja nije elektrolit sadrži 2,5 g otopljene tvari u 25 g benzena i smrzava se na 4,3 °C. Odredite molarnu masu otopljene tvari.

Riješenje

Koristeći ove uvjete problema i točku smrzavanja benzena plus 5,5°C, određujemo tuča 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 se tlak naziva tlakom zasićene pare?

2 Zapišite matematičke izraze za svaki od Raoultovih zakona i objasnite fizičko značenje veličina uključenih u te izraze.

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

4 Je li smanjenje ledišta 0,1 M vodene otopine glukoze C 6 H 12 O 6 i uree CO (NH 2) 2 jednako?

Zadatak 1. Za koliko će se stupnjeva povisiti vrelište vodene otopine uree CO(NH 2) 2 ako se 8,5 g tvari otopi u 300 g vode?

Zadatak 2. Izračunajte maseni udio metanola CH 3 OH u vodenoj otopini kojoj je ledište minus 2,79 °C.

Zadatak 3. Odredite vrelište otopine 1 g naftalena C 10 H 8 u 20 g etera, ako je vrelište etera 35,6 °C, K E = 2,16 °C.

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

Zadatak 5. Izračunajte količinu etilenglikola C 2 H 4 (OH) 2 koja se mora dodati svakom kilogramu vode za pripremu antifriza s točkom ledišta 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 točka smrzavanja pripremljenog antifriza? Gustoća glicerina je 1261 kg/m3.

Raspršeni sustavi

Kemikalije se mogu naći u čistom obliku ili u smjesama. Smjese se pak mogu podijeliti na homo- i heterogene. Homogene jednofazne smjese uključuju prave otopine (vidi Odjeljak 1), u kojima je otopljena tvar prisutna u obliku molekula ili iona, čije su veličine usporedive s molekulama otapala i ne prelaze 1 nm. Homogene smjese su termodinamički stabilne.

Kako se veličina čestica povećava, sustav postaje heterogen, sastoji se od dvije ili više faza s visoko razvijenim sučeljem. I, kao što praksa pokazuje, drugo područje fragmentacije materije tvori novi skup svojstava svojstvenih samo ovom obliku organizacije materije.

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

Ledište otopina je temperatura pri kojoj su kristali otapala u ravnoteži s otopinom određenog sastava.

Razlika Δt = t 0 ° - ti ° naziva se smanjenjem temperature smrzavanje otopine i bit će veće što je veća koncentracija otopine. Ova se ovisnost kvantitativno izražava jednadžbom:

Δt = K S m (36)

gdje je Δt smanjenje temperature smrzavanja otopine;

Cm—molarna koncentracija;

K je koeficijent proporcionalnosti, tzv krioskopska konstanta otapalo ili molalno smanjenje ledišta otopine.

Metoda istraživanja koja se temelji na mjerenju smanjenja ledišta otopina naziva se krioskopska metoda.

Otopine se smrzavaju na nižim temperaturama i vriju na višim nego čista otapala.

Za otopine neelektrolita, prema Raoultovom zakonu, smanjenje ledišta otopine izravno je proporcionalno molalnoj koncentraciji (jednadžba 36).

Povećanje vrelišta otopine također je izravno proporcionalno molalnoj koncentraciji:

Δt kip =EC m (37)

E - ebulioskopska konstanta.

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

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.Što je bit zakona raspodjele?

2. Derivacija zakona raspodjele.

3. Primjena zakona raspodjele.

4. Na kojem se uvjetu fazne ravnoteže temelji izvođenje zakona raspodjele?

5.Koji faktori utječu na vrijednost koeficijenta raspodjele?

6.Koja je ekstrakcija učinkovitija: jednokratna ili frakcijska?

Zadaci

Broj posla	m g H2O	m g TAKVA ROZA	Broj posla	m g H2O	m g TAKVA ROZA
		60	.2
		55

NA KOJOJ ĆE TEMPERATURI KUHATI OTOPINE KOJE SADRŽE m g VODU m g ŠEĆER. IZGRADITE GRAFIKON OVISNOSTI temperature vrenja o sadržaju otopljene tvari u otopini.

Broj posla	m g H2O	m g TAKVA ROZA	Broj posla	m g H2O	m g TAKVA ROZA
		60
		55

Broj posla	m g H2O	m g GLUKOZA	Broj posla	m g H2O	m g GLUKOZA
		4,57			10,01
					12,57
					5,56
					14,40
		8,32			11,54

ODREDITE TEMPERATURU SMRZIVANJA OTOPINE U m g H 2 O KOJA SADRŽI m g GLUKOZE KONSTRUIRAJTE GRAFIKON OVISNOSTI TEMPERATURE SMRZAVANJA O sadržaju otopljene tvari u otopini.