12.8 : Abbassamento della pressione del vapore

Alcune proprietà di una soluzione dipendono dal tipo di soluto. Una soluzione acquosa di acido cloridrico fa diventare rossa una cartina per la misurazione del pH, mentre una soluzione di idrossido di sodio la trasforma in blu. Altre proprietà di una soluzione dipendono solo dalla concentrazione o dal numero di particelle del soluto piuttosto che dal tipo di soluto.

Queste sono chiamate proprietà colligative. Una di queste proprietà è la tensione di vapore di una soluzione. La tensione di vapore di un liquido è la pressione del gas sopra il liquido risultante dall'evaporazione quando il liquido e il gas sono in equilibrio dinamico in un contenitore chiuso.

La tensione di vapore della soluzione è sempre inferiore a quella del solvente puro. Si consideri una soluzione ottenuta quando un soluto non volatile, cioè senza pressione di vapore misurabile, viene aggiunto ad un solvente volatile. In un solvente puro, l'intera superficie del liquido è costituita da particelle di solvente.

Alcune di queste particelle fuggono allo stato gassoso per creare vapore, mentre alcune delle molecole di gas sopra si condensano, tornando allo stato liquido. Quando la velocità di vaporizzazione è uguale alla velocità di condensazione, si raggiunge un equilibrio dinamico. In una soluzione, la superficie del liquido ha sia particelle di soluto che di solvente.

Quindi, un numero minore di particelle di solvente superficiale può vaporizzare. La velocità di condensazione diminuisce per ristabilire l'equilibrio dinamico con la ridotta velocità di vaporizzazione, o con una minore concentrazione di particelle di solvente allo stato gassoso. La tensione di vapore di una soluzione può essere calcolata dalla legge di Raoult, che afferma che la pressione parziale di una soluzione è uguale alla frazione molare del solvente, chi, moltiplicata per la tensione di vapore del solvente puro, P zero.

Prendiamo per esempio, una soluzione contenente 1, 5 moli di un soluto non volatile come glicerolo e 3, 5 moli di acqua a 25°C. La frazione molare del solvente è 0, 70 e la tensione di vapore dell'acqua pura è 23, 8 torr. La tensione di vapore della soluzione può essere calcolata utilizzando la legge di Raoult:sarà 16, 7 torr, 70 percento della tensione di vapore del solvente puro.

Un'equazione per l'abbassamento della pressione del vapore, ΔP, può anche essere derivata dalla legge di Raoult. Poiché la frazione molare del solvente è uguale a uno meno la frazione molare del soluto, può essere sostituita nella legge di Raoult. Questo può essere utilizzato per creare un'equazione in cui l'abbassamento della pressione del vapore è direttamente proporzionale alla frazione molare del soluto.

Ricordando l'esempio precedente, la frazione molare del soluto è 1 meno la frazione molare del solvente. Inserendo il valore, la frazione molare del soluto è 0, 3. Dato che la tensione di vapore dell'acqua pura è di 23, 8 torr, l'abbassamento della tensione di vapore è calcolato essere di 7, 14 torr.

Aggiungendo ΔP e la tensione di vapore della soluzione, si ottiene la tensione di vapore del solvente puro.