Koligativní vlastnosti roztoků

Osmotický tlak představuje z hlediska biologie člověka nejvýznamnější koligativní vlastnost. Obrázek demonstruje chování erytrocytů umístěných v prostředí s různým osmotickým tlakem.

Koligativní vlastnosti roztoků jsou takové vlastnosti, které nezávisí na rozpuštěné látce, ale pouze na její koncentraci nebo přesněji na látkové koncentraci částic v roztoku. Jde tedy o takové vlastnosti, které nezávisí např. na velikosti molekuly rozpuštěné látky, jejím náboji nebo jejím tvaru. Koligativní vlastnost Φ závisí na koncentraci částic c v ideálním případě lineárně, tedy platí obecná formule:

$\Phi =k\cdot c$,

kde k je vhodná konstanta úměrnosti závisející výhradně na vlastnostech rozpouštědla a nezávisející na vlastnostech rozpuštěné látky.

Koncentrace částic se nemusí rovnat koncentraci rozpuštěné látky. Rovnost platí pouze v případě, že rozpouštěná látka v rozpouštědle nedisociuje. Pokud dochází k disociaci, koncentrace částic je příslušným násobkem koncentrace rozpuštěné látky. Například chlorid sodný při dostatečně nízké koncentraci plně disociuje, a proto je koncentrace částic rovna dvojnásobku koncentrace chloridu sodného.

Základními koligativními vlastnostmi jsou:

• snížení tenze par nad roztokem
• zvýšení bodu varu roztoku (ebulioskopie)
• snížení bodu tuhnutí roztoku (kryoskopie)
• osmotický tlak

Snížení tenze par nad roztokem

Snížení tenze par nad roztokem popisuje 1. Raoultův zákon. Slovně jej lze formulovat:

Relativní snížení tlaku nasycené páry nad roztokem oproti čistému rozpouštědlu je rovno molárnímu zlomku rozpuštěné látky v roztoku.

Matematicky lze pak toto tvrzení formulovat:

${\frac {\Delta p}{p_{0}}}={\frac {c}{c_{r}+c}}$,

kde Δp je změna tlaku nasycené páry nad roztokem, p₀ je tlak nasycené páry nad čistým rozpouštědlem, c je koncentrace rozpuštěné látky a c_r je koncentrace (tedy také počet molů na litr) rozpouštědla.

Zvýšení bodu varu roztoku (ebulioskopie)

Zvýšení bodu varu roztoku (ebulioskopie) popisuje 2. Raoultův zákon. Slovní formulace je následující:

Zvýšení bodu varu roztoku ve srovnání s čistým rozpouštědlem je přímo úměrné koncentraci rozpuštěné látky.

Matematicky je toto tvrzení formulováno následovně:

$\Delta T=K_{e}\cdot c$,

kde ΔT je změna teploty varu, c koncentrace rozpuštěné látky a konstanta úměrnosti K_e se nazývá ebulioskopická konstanta. Ebulioskopická konstanta je přímo úměrná molární hmotnosti rozpouštědla, druhé mocnině teploty varu čistého rozpouštědla a nepřímo úměrná molárnímu skupenskému teplu varu rozpouštědla, nejedná se tedy o empiricky stanovenou konstantu a nezávisí na charakteru rozpuštěné látky.

Snížení bodu tuhnutí roztoku (kryoskopie)

Snížení bodu tuhnutí roztoku (kryoskopie) popisuje 3. Raoultův zákon. Slovní formulace je následující:

Snížení bodu tuhnutí roztoku ve srovnání s čistým rozpouštědlem je přímo úměrné koncentraci rozpuštěné látky.

Matematicky je toto tvrzení formulováno následovně:

$\Delta T=K_{k}\cdot c$,

kde ΔT je změna teploty tuhnutí, c koncentrace rozpuštěné látky a konstanta úměrnosti K_k se nazývá kryoskopická konstanta. Kryoskopická konstanta je přímo úměrná molární hmotnosti rozpouštědla, druhé mocnině teploty varu čistého rozpouštědla a nepřímo úměrná molárnímu skupenskému teplu varu rozpouštědla, nejedná se o empiricky stanovenou konstantu a nezávisí na charakteru rozpuštěné látky.

Osmotický tlak

 Podrobnější informace naleznete na stránce Osmotický tlak.

Osmotický tlak se od předešlých koligativních vlastností liší, projevuje se teprve v případě specifického uspořádání. Tím specifickým uspořádáním je myšlena přítomnost membrány propustné pouze pro rozpouštědlo (tzv. semipermeabilní membrána), která od sebe odděluje dvě prostředí o různé koncentraci rozpuštěných látek. Rozpouštědlo pak bude mít tendenci přecházet z prostředí s nižší koncentrací rozpuštěné látky do prostředí s vyšší koncentrací rozpuštěné látky.

Představme si, že semipermeabilní membrána od sebe odděluje prostředí s koncentrací rozpuštěné látky c od prostředí obsahující čisté rozpouštědlo. Rozpouštědlo bude mít tendenci přecházet do roztoku obsahujícím rozpuštěnou látku. Proti této tendenci můžeme zasáhnout tak, že zvýšíme tlak pouze v prostředí, do kterého přechází rozpouštědlo. Jako osmotický tlak Π pak definujeme takovou hodnotu přetlaku v prostředí, která bude právě postačovat k tomu, aby se zastavil přechod rozpouštědla přes semipermeabilní membránu. Hodnota osmotického tlaku je přímo úměrná teplotě a koncentraci rozpuštěné látky:

$\Pi =c\cdot R\cdot T$,

kde konstanta úměrnosti R je univerzální plynová konstanta 8,314 J·K^-1·mol^-1.

Odkazy

Literatura

• HRAZDIRA, Ivo a Vojtěch MORNSTEIN. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. 1. vydání. Brno : Neptun, 2001. 396 s. ISBN 80-902896-1-4.

• MALIJEVSKÁ, Ivona, Anatol MALIJEVSKÝ a Josef NOVÁK. Záhady, klíče, zajímavosti očima fyzikální chemie. 1. vydání. Praha : Vydavatelství VŠCHT, 2004. 264 s. ISBN 80-7080-535-8.

• NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA, et al. Lékařská biofyzika. 1. vydání. Manus, 2001 (1. dotisk). 357 s. ISBN 80-902318-5-3.

Související články

• Osmotický tlak
• Raoultovy zákony

Externí odkazy

• článek Colligative properties na anglické Wikipedii
• článek Osmotic pressure na anglické Wikipedii
• článek Raoult's law na anglické Wikipedii