The van’t Hoff Factor – Ορισμός και πώς να τον υπολογίσετε
Ο παράγοντας van’t Hoff (i ) είναι ο αριθμός γραμμομορίων σωματιδίων που σχηματίζονται σε διάλυμα ανά mole διαλυμένης ουσίας. Είναι ιδιότητα της διαλυμένης ουσίας και δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση για μια ιδανική λύση. Ωστόσο, ο συντελεστής van’t Hoff ενός πραγματικού διαλύματος μπορεί να είναι χαμηλότερος από την υπολογιζόμενη τιμή για ένα πραγματικό διάλυμα σε τιμές υψηλών συγκεντρώσεων ή όταν τα ιόντα της διαλυμένης ουσίας συνδέονται μεταξύ τους. Ο παράγοντας van’t Hoff είναι ένας θετικός αριθμός, αλλά δεν είναι πάντα μια ακέραια τιμή. Είναι ίσο με 1 για μια διαλυμένη ουσία που δεν διασπάται σε ιόντα, μεγαλύτερη από 1 για τα περισσότερα άλατα και οξέα και μικρότερη από 1 για διαλυμένες ουσίες που σχηματίζουν ενώσεις όταν διαλύονται.
Ο παράγοντας van’t Hoff ισχύει για συλλογικές ιδιότητες και εμφανίζεται στους τύπους για την οσμωτική πίεση, την τάση ατμών, την κατάθλιψη του σημείου πήξης και την ανύψωση του σημείου βρασμού. Ο παράγοντας ονομάζεται για τον Ολλανδό χημικό Jacobus Henricus van’t Hoff, ιδρυτή του τομέα της φυσικής χημείας και τον πρώτο νικητή του βραβείου Νόμπελ στη Χημεία.
Van’t Hoff Factor Formula
Υπάρχουν μερικοί διαφορετικοί τρόποι για να γράψετε τον τύπο για τον υπολογισμό του παράγοντα van’t Hoff. Η πιο συνηθισμένη εξίσωση είναι:
i =mole σωματιδίων σε διάλυμα / moles διαλυμένη διαλυμένη ουσία
Επειδή οι διαλυμένες ουσίες δεν διασπώνται πάντα πλήρως στο διάλυμα, υπάρχει μια άλλη σχέση που χρησιμοποιείται συχνά:
i =1 + α (n – 1)
Εδώ, α είναι το κλάσμα των σωματιδίων διαλυμένης ουσίας που διασπώνται σε n αριθμός ιόντων.
Πώς να βρείτε το van’t Hoff Factor
Μπορείτε να ακολουθήσετε γενικούς κανόνες για να προβλέψετε τον ιδανικό παράγοντα van’t Hoff:
Μη ηλεκτρολύτες
Για τους μη ηλεκτρολύτες, ο παράγοντας van’t Hoff είναι 1. Παραδείγματα μη ηλεκτρολυτών περιλαμβάνουν σακχαρόζη, γλυκόζη, σάκχαρα και λίπη. Οι μη ηλεκτρολύτες διαλύονται στο νερό, αλλά δεν διασπώνται. Για παράδειγμα:
σακχαρόζη(ες) → σακχαρόζη (aq); i =1 (ένα μόριο σακχαρόζης)
Ισχυροί ηλεκτρολύτες
Για ισχυρούς ηλεκτρολύτες, ο ιδανικός παράγοντας van’t Hoff είναι μεγαλύτερος από 1 και ίσος με τον αριθμό των ιόντων που σχηματίζονται σε υδατικό διάλυμα. Τα ισχυρά οξέα, οι ισχυρές βάσεις και τα άλατα είναι ισχυροί ηλεκτρολύτες. Για παράδειγμα:
NaCl(s) → Na(aq) + Cl(aq); i=2 (ένα Na συν ένα Cl)
CaCl2 (s) → Ca(aq) + 2Cl(aq); i=3 (ένα Ca συν δύο Cl)
Fe2 (SO4 )3 (s) → 2Fe(aq) + 3SO4 (aq); i=5
Προσέξτε, ωστόσο, γιατί η διαλυτότητα επηρεάζει τις μετρημένες τιμές του παράγοντα van’t Hoff. Για παράδειγμα υδροξείδιο του στροντίου [Sr(OH)2 ] είναι μια ισχυρή βάση που διασπάται πλήρως στα ιόντα της, αλλά έχει χαμηλή διαλυτότητα στο νερό. Μπορείτε να προβλέψετε ότι ο παράγοντας van’t Hoff θα είναι 3 (Sr, OH, OH), αλλά η πειραματική τιμή θα είναι χαμηλότερη. Επίσης, ο συντελεστής van’t Hoff για συμπυκνωμένα διαλύματα είναι πάντα ελαφρώς χαμηλότερος από την τιμή για μια ιδανική λύση.
Αδύναμοι ηλεκτρολύτες
Οι αδύναμοι ηλεκτρολύτες δεν διασπώνται πλήρως στο νερό, επομένως ο παράγοντας van’t Hoff δεν θα είναι ίδιος με τον αριθμό των ιόντων που σχηματίζονται. Θα χρειαστεί να δημιουργήσετε έναν πίνακα ICE (Αρχική, Αλλαγή, Ισορροπία) για να προσδιορίσετε τη συγκέντρωση αντιδρώντων και προϊόντων και να χρησιμοποιήσετε τον τύπο για να υπολογίσετε τον παράγοντα van’t Hoff. Ένας άλλος τρόπος για να βρείτε τον παράγοντα van’t Hoff είναι να μετρήσετε την οσμωτική πίεση, να τον συνδέσετε στον τύπο van’t Hoff και να λύσετε το i .
Διαλυμένες ουσίες με χαμηλή διαλυτότητα
Για οποιαδήποτε διαλυμένη ουσία με χαμηλή διαλυτότητα, μπορείτε συχνά να χρησιμοποιήσετε το i=1 ως κοντινή προσέγγιση στην πραγματική τιμή.
Πίνακας van’t Hoff Factor Values
Για τις διαλυμένες ουσίες που διαλύονται στο νερό, ο συντελεστής van’t Hoff είναι 1. Για ισχυρά οξέα και διαλυτά άλατα, η ιδανική τιμή είναι μια στενή προσέγγιση της μετρούμενης τιμής σε αραιά διαλύματα. Όμως, η σύζευξη ιόντων εμφανίζεται σε κάποιο βαθμό σε όλα τα διαλύματα ηλεκτρολυτών, καθιστώντας τη μετρούμενη τιμή ελαφρώς χαμηλότερη από την τιμή ιδέας. Η απόκλιση είναι μεγαλύτερη για διαλυμένες ουσίες με πολλαπλά φορτία. Στην ιδανική περίπτωση, ο παράγοντας van’t Hoff είναι μια ιδιότητα της διαλυμένης ουσίας, αλλά η μετρούμενη τιμή μπορεί να εξαρτάται από τον διαλύτη. Για παράδειγμα, τα καρβοξυλικά οξέα (π.χ. βενζοϊκό οξύ και οξικό οξύ) σχηματίζουν διμερή στο βενζόλιο, με αποτέλεσμα οι τιμές του παράγοντα van’t Hoff να είναι μικρότερες από 1.
| Compound | i (μετρήθηκε) | i (ιδανικό) |
| σακχαρόζη | 1.0 | 1.0 |
| γλυκόζη | 1.0 | 1.0 |
| HCl | 1.9 | 2.0 |
| NaCl | 1.9 | 2.0 |
| MgSO4 | 1.4 | 2.0 |
| Ca(NO3 )2 | 2,5 | 3.0 |
| MgCl2 | 2.7 | 3.0 |
| AlCl3 | 3.2 | 4.0 |
| FeCl3 | 3.4 | 4.0 |
Αναφορές
- Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2010). Φυσική χημεία (9η έκδ.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-954337-3.
- Chisholm, Hugh, ed. (1911). “Van’t Hoff, Jacobus Hendricus” . Encyclopædia Britannica (11η έκδ.). Cambridge University Press.
- Lewis, Gilbert Newton (1908). «Η ωσμωτική πίεση των συμπυκνωμένων διαλυμάτων και οι νόμοι της τέλειας λύσης». Journal of the American Chemical Society . 30 (5):668–683. doi:10.1021/ja01947a002
- McQuarrie, Donald, et al. (2011). «Συλλογικές ιδιότητες των λύσεων». Γενική Χημεία . Mill Valley:Βιβλιοθήκη του Κογκρέσου. ISBN 978-1-89138-960-3.
- Voet, Donald; Judith Aadil; Charlotte W. Pratt (2001). Βασικές αρχές της Βιοχημείας . Νέα Υόρκη:Wiley. ISBN 978-0-471-41759-0.
