Почему давление насыщенного пара над чистым растворителем больше давления насыщенного пара растворителя над раствором?

Это явление описывается первым законом Рауля и объясняется сочетанием термодинамических и кинетических факторов. В основе лежит тот факт, что присутствие молекул нелетучего растворенного вещества снижает стремление молекул растворителя перейти в газообразную фазу. Вот основные причины этого различия: 1. Молекулярно-кинетический фактор Испарение — это поверхностный процесс. В чистом растворителе всю поверхность раздела фаз занимают молекулы самого растворителя. В растворе же часть поверхности занята частицами растворенного вещества.

• Снижение концентрации на поверхности: Поскольку часть «узлов» на поверхности занята нелетучими частицами, общее число молекул растворителя, способных покинуть жидкость в единицу времени, уменьшается.
• Динамическое равновесие: Давление насыщенного пара устанавливается, когда скорость испарения равна скорости конденсации. Так как скорость испарения из раствора ниже, равновесие достигается при меньшей концентрации молекул пара над поверхностью, что и означает более низкое давление.

2. Энтропийный фактор (Термодинамика) Это более глубокое объяснение, основанное на втором законе термодинамики. При переходе из жидкости в пар система стремится к увеличению беспорядка (энтропии).

• Энтропия чистого состояния: Чистый растворитель имеет сравнительно низкую энтропию. Его переход в пар сопровождается значительным скачком энтропии ( $\Delta S$), что делает процесс энергетически выгодным. Энтропия раствора: Раствор уже сам по себе более хаотичен (его энтропия выше за счет смешивания компонентов). Поэтому разность энтропий между жидкой и газообразной фазами для раствора меньше, чем для чистого растворителя. Результат: Система в виде раствора «менее охотно» переходит в состояние пара, так как выигрыш в беспорядке не так велик.

3. Межмолекулярное взаимодействие В некоторых случаях (хотя это относится скорее к отклонениям от идеальности) молекулы растворенного вещества сильнее притягивают молекулы растворителя, чем те притягиваются друг к другу. Это дополнительно удерживает молекулы растворителя в жидкой фазе, препятствуя их испарению. Закон Рауля Математически эта зависимость выражается формулой: $P=P_0\cdot {\chi }_{solv}$Где:

• $P$ — давление пара над раствором; $P_0$ — давление пара над чистым растворителем; ${\chi }_{solv}$ — мольная доля растворителя в растворе (которая всегда меньше 1).

Поскольку мольная доля растворителя в растворе всегда меньше единицы, давление пара над раствором всегда будет ниже, чем над чистым веществом. Я могу рассчитать для вас изменение давления пара для конкретного раствора, если вы предоставите данные о концентрации вещества и температуре. Хотите ли вы рассмотреть пример такого расчета?