Fizikaviy kimyo fanidan “ eritmalarning muzlash harorati. Krioskopiya

Asosiy qism. Mavzuga kirish
Eritmalarning kolligativ xossalari
Kolligativ so’zi lotin tilidan olingan kolligatus ‘’bir biriga bog’langan’’ degan ma’noni bildirib , barcha kolligativ hususiyatlar erigan modda molekulari soniga bog’liq bo’lib , erigan modda tabiatiga bog’liq emas.

Kolligativ xusiyatlar quyidagilar:

1. 
   Eritmalarning osmotik bosimi
   
2. 
   Eritmalarning to’yingan bug’ bosimini pasayishi
   
3. 
   Eritmalarning muzlash haroratini pasayishi
   
4. 
   Eritmalarning qaynash haroratini ko’tarilishi
   

Eritmalarning osmotik bosimi.

Agar kaliy permanganat KMnO4 ning eritmasiga (binafsha) ehtiyotlik bilan aralshtirilib yubormasdan, suv quyilsa, (rangsiz) avvaliga erituvchi bilan eritma orasida aniq chegara kuzatiladi, ammo vaqt o’tishi bilan asta-sekin kaliy permanganatning molekulalari suv qavatiga suv molekulalari esa kaliy permanganat eritmasi qavatiga harakatlana boshlaydi. Bir oz vaqtdan keyin erigan modda molekulalari eritmaning butun hajmi bo’ylab tekis tarqaladi va eritma bir xil rangga kiradi. Erituvchi va erigan modda zarrachalarining bunday aralishuvi qarama-qarshi yo’nalgan yoki ikki tomondan diffuziya tufayli sodir bo’ladi. Ikki tomonlama diffuziya eritma konsentratsiyasi bir xil bo’lishiga qadar davom etadi. Agar erituvchi bilan eritma erituvchi molekulalarini o’tkazadigan ammo erigan modda zarrachalarini o’tkazmaydigan to’siq yarim o’tkazgich bilan ajratilgan bo’lsa, bir tomonlama diffuziya boradi. Bunday yarim o’tkazgichlar tabiatda mavjud. Shuningdek, ular sun’iy yo’l bilan olinishi ham mumkin. Masalan, sopoldan yasalgan sirlanmagan idishga mis kuporosi eritmasini shimdirib, keyin uni kaliy geksosianferrat eritmasiga botirilsa idishning g’ovaklariga mis geksosianferrat cho’kishi natijasida uning devorlari yarim o’tkazgich xususiyatiga ega bo’ladi. Ana shu yo’l bilan tayyorlangan idishga biror moddaning eritmasidan quyib toza suv quyilgan kengroq idshga botirilsa muvozanatsiz sistema hosil bo‟ladi. Chunki erituvchida N=1 bo’lsa, eritmada N<1 bo’ladi. Shuning uchun sistemada konsentratsiyani tenglashtiruvchi bir tomonlama diffuziya boshlanadi. Erituvchining eritmaga bir tomonlama diffuziyasi osmos deyiladi. Osmos natijasida eritma suyulib, suyuqlik hajmi bir qadar oshadi.
Eritma hajmi oshishi bilan uning ustidagi gidrostatik bosim vujudga keladi. Avvaliga vaqt birligida erituvchidan eritmaga o’tadigan molekullar soni, eitmadan erituvchiga o’tadigan molekulalar sonidan ko’p bo’ladi. Eritma sathi ko‟tarilgan sari gidrostatik bosim oshib, eritmadsan ertivchiga o’tadigan molekulalar soni asta- sekin kamayib boradi. Gidrostatik bosim ma’lum qiymatga yetganda har ikkala yo’nalishda diffuziyalanuvchi suv molekulalari soni tenglashib osmos to’xtaydi. Sistemada dinamik muvozanat qaror topib eritma sathi boshqa ko‟tarilmaydi. Ana shunday muvozanat holatga to’gri kelgan gidrostatik bosim osmotik bosim deyiladi. Demak, osmotik bosim osmosni to’xtatish uchun eritmaga tashqaridan berilishi kerak bo’lgan bosimga teng. Osmotik bosim nafaqat erituchi bilan eritma chegarasida, shuningdek konsentratsiyasi har xil eritmalar chegarasida ham agar bu chegara yarim o’tkazgich bilan ajratilgan bo’lsa vujudga keladi. Eritmaning osmotik bosimi juda katta qiymatga ega bo’ladi.
Masalan, dengiz suvining osmotik bosimi 28 atm atrofida bo’ladi. Osmos hodisasi hayvon va o’simliklari hayotida juda muhim rol o’ynaydi.
Masalan, hayvonlarning ichagi, terisi yarim o’tkazgich (membrana) vazifasini o’taydi. Osimliklarning hujayra qobig’i suv molekulalarini oson o’tkazadigan ammo hujayra ichidagi suyuqlikdagi moddalarni o’tkazmaydigan yarim o’tkazgich pardadan iborat. Hujayraga suv kirib, unda ortiqcha bosim hosil qiladi. Bu bosim hujayra qobig’ini sekingina cho’zib, uni tarang holda tutib turadi. Shu sababli o‟simliklarning tanasi, bargi egiluvchan bo’ladi. Agar o’simlik kesilsa, bug’lanish tufayli hujayra ichidagi suvning hajmi kamayib, o’simlik so’lib boradi. So’liyotgan
o’simlik suvga botirilishi bilan osmos boshlanib, u avvalgi ko‟rinishini qabul qiladi. O’simlik tanasi bo‟ylab suyuqlikning ko’tarilishi, hujayra oziqlanishi, hayoti va shunga o’xshash osmos tufayli amalga oshadi. Eritmaga osmotik bosimdan ortiq bosim berilsa, ayrim o’tkazgichlarda toza erituvchi sizilib chiqadi, ya’ni teskari osmos sodir bo’ladi. Teskari osmosdan texnikada keng foydalaniladi. Masalan, oqava suvlar tozalanadi va dengiz suvlari tuzsizlantiriladi ya’ni chuchuklashtiriladi. B. Pfeffer eritmaning osmotik bosimi erigan modda konsenrtatsiyasiga va absalyut temperaturaga tog‟ri proporsionalligini aniqladi.
Gollandiya olimi Vant-Goff eritmaning osmotik bosimini o’rganib, 1886-yilda o‟zining osmotik bosim qonunini quyidagicha ta’rifladi: agar erigan modda eirtma haroratida gaz holatida bo’lib, eritma hajmiga teng hajmini egallaganda uning osmotik bosimi eritmaning osmotik bosimiga teng bo’lardi.Vant- Goff elektrolitmas moddalarning suyultirilgan eritmalari osmotik bosimning matematik formulasini hisoblash uchun ideal gazlarning holat tenglamasidan foydalaniladi. Vant-Goff formulasidan ko’rinib turibdiki, osmotik bosim qiymati erigan modda konsenrtarsiyasiga va absalyut temperaturaga bog’liq bo’lib, erigan moddaga va erituvchining tabiatiga bog’liq emas. Shuning uchun o’zgarmas temperaturada moylarligi bir xil bo’lgan eritmalarning osmotik bosimi bir xil bo’ladi. Jumladan 22,4 l eritmada 0Cda 1 gr molekula erigan bo’lsa eritmaning osmotik bosimi 1atmga teng bo’ladi. Eritmaning osmotik bosimidan foydalanib erigan moddaning
molekulyar massasini aniqlash mumkin.

P V=mRT
Eritmalarning to’yingan bug’ bosimi

Og’zi ochiq idishda turgan suyuqlik batamom bug’lanib ketadi. Berk idishda suyuqlik bilan hosil bo’layotgan bug’ orasida siljuvchan muvozanat qaror topadi, bunda vaqt birligi ichida qancha molekula bug’lansa shuncha molekula yana suyuqlikka aylanadi. Suyuqlik bilan muvozanatda bo’lgan bug’ to’yingan bug’ deyiladi. To’yingan bug’ning idish devorlariga bosimi ayni moddaning to’yingan bug’ bosimi deyiladi. Har qaysi suyuqlikning o’ziga xos to’yingan bug’ bosimi bo’ladi. Bug’lanish endotermik protsess suyuqlik ↔ bug’ – Q bo’lgani uchun Le-Shatelye prinsipiga ko’ra temperaturaning ko’tarilishi muvozanatni bug’ hosil bo’lish tomoniga siljitadi. Demak, temperatura qancha yuqori bo’lsa, bug’ bosimi shuncha katta bo’ladi (36-rasm). Uchuvchan bo’lmagan modda eritmasi bilan hosil bo’lgan bug’ orasida ham, muvozanat qaror topadi, ammo bir xil temperaturada u toza erituvchidagiga qaraganda bug’ bosimi ancha past bo’lgandayoq qaror topadi. Buni quyidagicha tushuntirish mumkin.
To’yingan bug’ bosimining temperaturaga bog’liqligi
Suyuqlik bug’ining bosimi suyuqlining sirtidan vaqt birligi ichida bug’lanuvchi molekulalar soniga bog’liq. Eritmaning sirtida erituvchi molekulalar ham, erigan modda molekulalari ham bo’ladi. bu degan so’z, vaqt birligida eritma sirtidan , toza erituvchi sirtidan bug’langandagiga qaraganda kam molekulalar bug’lanadi, demakdir. Binobarin, erituvchi bug’ining eritma ustidagi bosimi ayni temperaturada toza erituvchi ustidagi bug’ bosimidan hamma vaqt past bo’ladi. Boshqacha aytganda, erigan modda erituvchi bug’ining bosimini pasaytiradi.
Agar toza erituvchi ustidagi bug’ bosimini p bilan, erituvchining eritma ustidagi bug’ bosimini esa p1 bilan belgilasak, unda (p-p1) bug’ bosimining pasayishi bo’lib, u odatda Δp bilan ifodalanadi. Erituvchining eritma ustidagi bug’i bosimi pasayishining toza erituvchi ustidagi bug’ bosimiga nisbati bug’ bosimining nisbiy kamayishi deyiladi. Frantsuz olimi F.Raul quyidagi qonunni (1887) kashf etdi. Eritma ustidagi bug’ bosimining nisbiy kamayishi erigan moddaning mollar soni n1 ning erituvchining mollar soni n bilan erigan modda mollar sonida n1 ning yig’indisi nisbatiga son jihatidan teng bo’ladi.Bug’ bosimining kamayishi erigan moddaning tabiatiga bog’liq emas, balki faqat berilgan miqdor erituvchida erigan molekulalar soniga bog’liqdir. Eritmalarning ko’pchiligi Raul qonunidan chetda chiqadi, bu hol eritmaning konsentratsiyasi ortishi bilan kuchayadi.
Eritmalarning muzlash temperaturasi va qaynash temperaturasi.
Suyuqlik to’yingan bug’ining bosimi tashqi bosimga teng bo’lgan temperaturada qaynaydi. Normal bosimda suvning qaynash temperaturasi 100ºC ga, muzlash temperaturasi 0ºC ga teng. 0ºCda muz bug’ining hamda suyuq suv bug’ining bosimi bir xil 4,6 mm simob ustuni (613 N/m2)ga teng bo’ladi.
Suv ustidagi bug’ bosimi suvli eritma ustidagi bug’ bosimidan kattadir, 100ºC da suvli eritma ustidagi bug’ bosimi 760 mm simob ustunidan (101325 N/m2) kichik bo’ladi. Uni atmosfera bosimigacha ko’tarish uchun eritmani 100ºC dan yuqori temperaturada qizdirish kerak. 0ºC da suvli eritma ustidagi bug’ bosimi muz ustidagi bosimdan kichik bo’ladi. Shuning uchun eritma 0ºC da emas, balki undan ham past temperatura, ya’ni eritma ustidagi bug’ bosimi muz ustidagi bug’ bosimiga teng bo’ladigan temperaturada muzlaydi. 38-rasmdagi egri chiziqlar eritmasining muzlash temperaturasi t1, suvning muzlash temperaturasi t2 dan kichikligini ko’rsatadi. Qaynash temperaturasiga kelganimizda, aksincha, eritmaning qaynash temperaturasi tu suvning qaynash temperaturasi t3 dan yuqori bo’ladi.
Yuqorida aytilganlardan ushbu xulosa kelib chiqadi: erigan modda erituvchining muzlash temperaturasini pasaytiradi va qaynash temperaturasini oshiradi. Raul muzlash temperaturasining pasayishi hamda qaynash temperaturasining ko’tarilishi eritmaning molyal konsentratsiyasiga proporsional ekanligini aniqladi. Bu qonuniyat quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: Δt = R · C
bunda, Δt-muzlash temperaturasining pasayishi yoki qaynash temperaturasining ko’tarilishi; R-proporsionallik koeffitsiyenti; C-molyal konsentratsiya. Har qaysi erituvchi uchun proporsionallik koeffitsiyenti o’zgarmas kattalikdir.
Muzlash temperaturasi pasaygan hollarda u krioskopik konstanta, qaynash temperaturasi ortgan hollarda esa ebulioskopik konstanta deyiladi.Demak, konstanta R 1000g erituvchida 1 mol erigan modda bor eritma muzlash temperaturasining pasayishini yoki qaynash temperaturasining ko’tarilishini ko’rsatadi. Bu degan so’z, ayni holda konstanta o’lchamli bo’lib, graduslarda ifodalanadi. Moddaning mollar soni uning grammlarda ifodalangan massasi m ning molekulyar massa M ga bo’linganiga teng, shuning uchun ushbu tenglamani quyidagi ko’rinishda yozish mumkin.
Muzlash - bu qotish; ammo buning teskarisi har doim ham to'g'ri kelavermaydi. Bundan tashqari, qotish atamasini bekor qilish uchun bir xil moddaning qattiq moddasi bilan muvozanatda suyuq faza bo'lishi kerak; aysberglar buni qiladilar: ular suyuq suvda suzadilar.Shunday qilib, haroratning pasayishi natijasida qattiq faza hosil bo'lganda, suyuqlikning muzlashi yuz beradi. Bosim bu jismoniy xususiyatga ham ta'sir qiladi, garchi uning ta'siri past bug 'bosimi bo'lgan suyuqliklarda kamroq bo'lsa.
Muzlash nuqtasi nima?
Harorat tushganda molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasi pasayadi va shuning uchun ular bir oz sekinlashadi. Suyuqlikda sekinroq borganingizda, ular molekulalarning tartibli tartibini hosil qilish uchun o'zaro ta'sir qiladigan nuqta keladi; bu kattaroq kristallar o'sadigan birinchi qattiq moddadir.
Agar bu birinchi qattiq "chayqalish" bo'lsa, unda molekulalari etarlicha qolguncha haroratni yanada pasaytirish kerak bo'ladi. Bunga erishilgan harorat muzlash darajasiga to'g'ri keladi; u erdan suyuq va qattiq muvozanat o'rnatiladi.
Agar siz stakan suvni muzlatgichga, ikkinchisini shirin suv bilan (yoki suvga asoslangan ichimlik bilan) qo'ysangiz, avval stakan suv muzlaydi. Buning sababi shundaki, uning kristallari glyukoza molekulalari, ionlari yoki boshqa turlari buzilmasdan tezroq shakllanadi.
Sut suvga asoslangan moddadir, unda yog 'boshqa lipoproteinlardan tashqari, Muzlatgichga bir stakan dengiz suvi solingan bo'lsa, xuddi shunday bo'ladi. Endi, bir stakan dengiz suvi bir stakan shirin suvga qaraganda muzlatib qo'yishi mumkin yoki bo'lmasligi mumkin; farq erigan moddaning miqdoriga bog'liq bo'ladi va uning kimyoviy tabiati emas.Aynan shu sababli Tc ning pasayishi (muzlash harorati) kolligativ xususiyatdir.
laktoza va kaltsiy fosfatlar bilan birga tarqaladi.Suvda ko'proq eriydigan komponentlar uning muzlash harorati tarkibiga qarab qancha o'zgarishini aniqlaydi.O'rtacha sut -0.54ºC haroratda muzlaydi, lekin u suv foiziga qarab -0.50 dan -0.56 gacha. Shunday qilib, sutning soxtalashtirilganligini bilish mumkin. Ko'rib turganingizdek, bir stakan sut deyarli bir stakan suv bilan muzlashadi.Hamma sut bir xil haroratda muzlab qolmaydi, chunki uning tarkibi ham hayvonot manbasiga bog'liq.