【物理化学】蒸気圧降下とラウールの法則・浸透圧とファントホッフの法則

蒸気圧降下とラウールの法則

溶媒に不揮発性の溶質を溶かすと、溶媒の蒸気圧が降下し、その降下率が溶質のモル分率に等しくなる現象をラウールの法則という。

純溶媒および溶液の蒸気圧をそれぞれ、 $P_1$ 、 $P_2$ とし、溶質のモル分率を $\chi$ とする。 $\chi$ は溶質の分子数÷溶質の分子数と溶媒分子の総数である。このとき以下の関係が成り立つ。

$\displaystyle \frac{P_1-P_2}{P_1} = \chi$

この現象を利用することによって、蒸気圧降下の測定から溶質の分子数を求めることができる。

浸透圧とファントホッフの法則

溶媒分子を通すが、大きな溶質分子を通さない半透膜を使って、溶液と純溶媒を仕切る場合を考える。このとき、純溶媒の溶媒分子はその膜を通って溶液中に浸透していく。溶媒と溶質分子は互いに衝突を繰り返しながら、運動エネルギーをやりとりしている。そのため、溶液では、純溶媒に比べて、運動エネルギーを溶質分子に渡した分だけ、溶媒分子の運動エネルギーが少なくなっている。よって、半透膜を通過するために必要な運動エネルギーをもった溶媒分子の数は純溶媒のほうが溶液よりも多くなっている。

2つの液相には一定の圧力差ができて、溶媒分子が押し戻されなければ、純溶媒から溶液のほうへ溶媒分子が移動する。これによって生じる圧力差を浸透圧という。

気体定数を $R$ 、絶対温度を $T$ 、溶液のモル濃度を $C$ とすると、希薄溶液では浸透圧 $\Pi$ について、以下の関係が成り立つ。