Vad är kolligativa egenskaper?

En kolligativ egenskap är en beskrivande egenskap som används i lösningskemi. Enklast är kolligativa egenskaper de egenskaper hos lösningen som beror på antalet lösta molekyler i en given lösning, men inte på identiteten av dessa lösta molekyler. Det finns bara ett fåtal egenskaper hos lösningen som är kolligativa: ångtryck, kokpunktshöjning, fryspunktssänkning och osmotiskt tryck. Kolligativa egenskaper definieras endast för idealiska lösningar.

Inom kemi definieras lösningar som bestående av ett löst ämne, eller det lösta ämnet, och ett lösningsmedel, eller det lösande ämnet. Till exempel, om lite bordssalt löses i vatten, är saltet det lösta ämnet och vattnet är lösningsmedlet. Kolligativa egenskaper hos denna lösning är egenskaper som endast beror på antalet saltmolekyler eller förhållandet mellan antalet saltmolekyler och antalet lösningsmedelsmolekyler. Lösningens kolligativa egenskaper beror inte på det faktum att det lösta ämnet är salt, eller på någon av saltets egenskaper. En kolligativ egenskap är en egenskap som för vilken lösning som helst kommer att bete sig på samma sätt, oavsett om lösningen innehåller salt, socker eller något annat möjligt löst ämne.

Av lösningens fyra kolligativa egenskaper är ångtryck, kokpunktshöjning och fryspunktssänkning nära besläktade. Ångtryck som en kolligativ egenskap beskrivs av Raoults lag. Raoults lag säger i grunden att för en ideal lösning beror ångtrycket för den totala lösningen på ångtrycket för var och en av de kemiska komponenterna, såväl som molfraktionen för var och en av de kemiska komponenterna i lösning. Mer praktiskt betyder detta förhållande att när ett löst ämne tillsätts till en lösning, beror förändringen i ångtryck endast på förhållandet mellan löst ämne och lösningsmedelsmolekyler. Än en gång, eftersom det är en kolligativ egenskap, beror förändringen i ångtrycket inte på identiteten av det lösta ämnet som tillsätts.

Kokpunktshöjning och fryspunktssänkning är kolligativa egenskaper som varje förändras i takt med förändringar i ångtrycket. När ett löst ämne tillsätts till lösningen sänker de lösta ämnen lösningsmedlets ångtryck. Förändringen i trycket orsakar en motsvarande ökning av kokpunkten och en minskning av lösningens fryspunkt. Med andra ord, när ett löst ämne tillsätts till en lösning, kommer lösningen nu att koka vid en högre temperatur och frysa vid en lägre temperatur.

Osmotiskt tryck är lösningens fjärde kolligativa egenskap. Osmos definieras som förflyttning av lösningsmedelsmolekyler genom ett semipermeabelt membran till ett område som innehåller ett större antal lösta molekyler. Osmotiskt tryck är mängden tryck som måste appliceras på ena sidan av det semipermeabla membranet för att förhindra lösningsmedlet från att flöda igenom. Det osmotiska trycket för en ideal lösning vid en konstant temperatur är proportionell mot koncentrationen av löst ämne, eller uttryckt på annat sätt, är endast beroende av antalet lösta molekyler.

Kolligativa egenskaper hos lösning kan tyckas komplicerade att definiera, men de kan intuitivt förstås genom några vanliga exempel. Många kockar tillsätter salt i en kastrull full med vatten när de lagar pasta, vilket gör att pastan kokar snabbare. Denna åtgärd drar fördel av en kolligativ egenskap. Tillsatsen av saltet ökar vattnets kokpunkt, vilket gör att pastan kan koka snabbare vid en högre vattentemperatur.
Fryspunktssänkningen utnyttjas också ofta av kockar. Både socker och salt som lösta ämnen hjälper glass att frysa. Sockret i glassen påverkar temperaturen vid vilken glassen fryser, och saltvatten runt glasskärlet skapar en kallare miljö där glassen fryser snabbare.