కణాధార ధర్మాలు

ద్రావణాల యొక్క కణాధార ధర్మాలు అనునవి ద్రావితాల సంఖ్య, ద్రావకం అణువుల సంఖ్య యొక్క నిష్పత్తి మీద ఆధారపడి వుంటాయి .ఇవి ద్రావిత౦ యొక్క రసాయన స్వభావం మీద ఆధారపడవు .వివిధ గాఢత ప్రమాణాలు,ఈ నిష్పత్తి సంఖ్యకు సంబంధించినది ^[1].కానీ మనం ఇందులో కేవలం,అభాష్ప శీలి ద్రావితాన్ని ఒక భాష్ప శీలి ద్రావణిలో కరిగించినప్పుడు జరిగే మార్పులను మాత్రమే పరిగణలోకి తీసుకుంటాము .ఈ ధర్మాలు ద్రావితం యొక్క లక్షణాలపై కాకుండా ద్రావితంలో ద్రావక విలీనం పై ఆధారపడతాయి.^[2] కణాధార ధర్మాలను ఆంగ్లములో colligative properties అని అంటారు. ఈ పదం లాటిన్ పదం అయిన colligatus అను పదం నుండి గ్రహించబడినది .దీని అర్థం అన్నీ కట్టుబడి వుండుట.^[3]^[4]^[5]

కణాధార లక్షణాలు

అయనీకరణం చెందని ద్రావితాలు,ఉదాహరణకు యూరియా లేక గ్లూకోజ్,వంటి వాటిని నీటిలో కరిగించినప్పుడు,వాటి విలీన ద్రవణాల కణా ధార ధర్మాల వలన మోలార్ ద్రవ్యరాశులను,చిన్న అణువులు, పాలిమర్లు సైతం,అధ్యయనం చేయవచ్చును . దీనిని ఏ ఇతర పద్ధతులలో తెలుసుకొనలేము .ఈ ధర్మాల ప్రత్యామ్నాయంగా అయనీకర ద్రావితాల కొలత వలన అయనీకర శాతాన్ని తెలుసుకొనవచ్చును . కణాధార ధర్మాలు ముఖ్యంగా విలీన ద్రావణాలకు,అనగా ఆదర్శ ద్రావణాలుగా పరిగణించబడి,వీటి లక్షణాలను అధ్యయనం చేస్తారు.

బాష్ప పీడన నిమ్నతి

సమతా స్థితిలో ఉన్నప్పుడు ద్రవ రాశి యందు బాష్పము యొక్క పీడనాన్ని ద్రవబాష్ప పీడనం అని అంటారు . ద్రావక బాష్ప పీడనమును ద్రావణాలలో అబాష్ప శీలి ద్రావితమును కలుపుటచే తగ్గించవచ్చును . ఒక ఆదర్శ ద్రావనానికి సమతా స్థితి యందు బాష్ప పీడనాన్ని రౌల్ట్ నియమం ఈ విధంగా పేర్కొంది .

p=p_{\rm {A}}^{\star }x_{\rm {A}}+p_{\rm {B}}^{\star }x_{\rm {B}}+\cdots

దీనిలో

$p_{\rm {i}}^{\star }$ అనునది శుద్ధ ద్రావణి బాష్పపీడనం i (=A,B,C......), $x_{\rm {i}}$ అనునది ఆ ద్రావణం లోని మోలార్ భాగం . ద్రావకం (A), అబాష్పశీలి ద్రావితం (B) గల ఒక ద్రావణంలో $p_{\rm {B}}^{\star }=0$ , $p=p_{\rm {A}}^{\star }x_{\rm {A}}$ శుద్ధ ద్రావితము అనుగుణముగా బాష్పపీడన నిమ్నతి

\Delta p=p_{\rm {A}}^{\star }-p=p_{\rm {A}}^{\star }(1-x_{\rm {A}})=p_{\rm {A}}^{\star }x_{\rm {B}}

ఇది ద్రావణి మోల్ విభాగానికి అనులోమానుపాతంలో వుండును. ద్రావణంలో ద్రావణిని కరిగిన యడల,బాష్పపీడన నిమ్నతి వాంట్ హాఫ్ అంశం i చేత పెరగబడుతుంది . i అనగా ఒక ఫార్ములా యూనిట్ లో గల ద్రావణి పదార్థాల సంఖ్య. ఉదాహరణకు mgcl2 ప్రబల విద్యుద్విశ్లేషకాలు వంటి వాటిని వియోజించు నప్పుడు అవి ఒక Mg²⁺, రెండు Cl^- అయాన్ లు విడిపోవటంతో, అయనీకరణ పూర్తి అయినప్పుడు, i=3, $\Delta p=3p_{\rm {A}}^{\star }x_{\rm {B}}$ . లెక్కించిన కణాధార లక్షణాల చేత కొన్ని సార్లు i విలువ సహచరిత ప్రక్రియ చేత మూడు కంటే తక్కువ కూడా వుండవచ్చును.

బాష్పీభవనస్థానం , ఘనీభవన స్థానం

ద్రావణాన్ని తయారుచేయు సమయంలో ద్రావణిని ద్రవ స్థితిలో ద్రావితమునకు కలిపినచో ఆ ద్రావకం లోని అణువుల రసాయనిక పరిబ్రమణ౦ తగ్గును .అందుచేత ద్రావకం లోని అణువులు వేరొక స్థితి లోనికి వెళ్ళుటకు చాలా తక్కువ ప్రాధాన్యతను చూపిస్తాయి . దీని కారణంగా ద్రవ ద్రావనాలు,ఒక పీడనం వద్ద ద్రావికం బాష్పీభవన స్థాన౦ చాలా స్థిరముగా వుండును అనగా దాని బాష్పీభవనస్థానం పెరుగును .అదే విధముగా ద్రావకం ఘనీభవన స్థానం కూడా దాని విలువ కంటే తక్కువలో స్థిరముగా వుండును .అనగా ఘనీభవన స్థానం తగ్గును .ఈ రెండునూ బాష్పపీడన నిమ్నతికి అనులోమానుపాతంలో వుండును. ఈ లక్షణాలన్నీ ద్రావణి కచ్చితంగా ద్రవ స్థితికి పరిమితమైనప్పుడే పరిగణించబడతాయి .బాష్పీభవన ఉష్ణోగ్రత ఉన్నతి (బాష్ప పీడన నిమ్నతి వలె ) అబాష్పశీలి ద్రావణిలో కణాధార స్వభావం చూపబడుతుంది.అయితే వాయు ద్రావణంలో పరిగణింపబడవు. కానీ ఘనీభావన నిమ్నతి మాత్రం అన్నీ రకాల ద్రావణిలలో ఈ లక్షణాలను గమనించవచ్చును,ఎందుకనగా దాదాపుగా అన్నీ ఘనా స్థితిలో కరిగిపోగలవు.

బాష్పీభవన ఉష్ణోగ్రత ఉన్నతి

ఒక ద్రావ౦ యొక్క బాష్పీభవన స్థానం అనగా ఆ ఉష్ణోగ్రత వద్ద దాని బాష్ప పీడనం,వాతావరణ పీడనమునకు సమానముగా ఉండును .సాదారణ బాష్పీభవన స్థానం అంటే 1 వాతావరణ యూనిట్లు . ఒక శుద్ధ ద్రావకం యొక్క బాష్పీభవన స్థానాన్ని అబాష్పశీలి ద్రావణిని కలుపుటచే పెంచవచ్చును.ఆ పెరుగుదలను ఈ విదంగా లెక్కించవచ్చు

\Delta T_{\rm {b}}=T_{\rm {b}}(solution)-T_{\rm {b}}(solvent)=i\cdot K_{b}\cdot m

ఇందులో i = వాంట్ హాఫ్ అంశం

K_b అనునది మోలాల్ ఉన్నతి స్థిరాంకం (నీటికి 0.512 °C కే‌జి/మోల్ )

m అనునది ద్రావణం యొక్క మొలాలిటీ .

ఈ బాష్పీభవన స్థానం ఉష్ణోగ్రతలో ద్రవ, వాయు స్థితులు సమతాస్థితిలో వుండును.ఈ ఉష్ణోగ్రతలో ఎన్ని వాయు అణువులు ద్రవ రూపమునకు మారునో అన్నే అణువులు ద్రవము నుండి వాయు రూపమునకు ఆవిరి అయిపోవును.ద్రావణిని కలుపుటచే ద్రవ రూపములో ఉన్న అణువుల గాఢతను తగ్గిస్తుంది, బాష్పీభవన వేగాన్ని కూడా తగ్గిస్తుంది.దీన్ని సమాత్యుల౦ పాటించుటకు బాష్పీభవన ఉన్నతి చెందును. ద్రావణాన్ని ఆదర్శ ద్రావణంగా తీసుకున్నచో K_bని ద్రవ-వాయు సమతాస్థితిలో గణించవచ్చును. బాష్పీ భవన స్థానంలో ద్రావకం యొక్క μ_A ద్రావణ పై భాగములో ఉన్న శుద్ధమైన వాయు స్థితికి సమానమైనది .

\mu _{A}(T_{b})=\mu _{A}^{\star }(T_{b})+RT\ln x_{A}\ =\mu _{A}^{\star }(g,1atm)

,

* అనగా శుద్ధ స్థితికి చెందినవి .దీని నుండి

K_{b}=RMT_{b}^{2}/\Delta H_{\mathrm {vap} }

R అనగా మోలార్ వాయు స్థిరాంకం ,

M అనగా ద్ర్రవాక మోలార్ భారం ,

ΔH_vap బాష్పీభవన ఏంథాల్పి

ఘనీభవన నిమ్నతి

శుద్ధ ద్రావణి ఘనీభవనస్థితి ( $T_{\rm {f}}$ ) ని ఘన ద్రావకంలో కరగని ద్రావణిని కలుపుటచే తగ్గించవచ్చును .ఈ తేడాను లెక్కించుటను క్రైయోస్కొపీ అని అంటారు.

\Delta T_{\rm {f}}=T_{\rm {f}}(solution)-T_{\rm {f}}(solvent)=-i\cdot K_{f}\cdot m

దీనిలో

K_f అనగా మోలార్ నిమ్నతి స్థిరాంకం(నీటికి 1.86 °C కే‌జి/మోల్ )

i అనగా వాంట్ హాఫ్ అంశం

M అనగా మోలాలిటీ

ద్రవ ద్రావకంలో,ద్రావకాన్ని ద్రావణి కలుపుటచే విలీనం చేయవచ్చును.దీని చేత కొన్ని అణువులు మాత్రమే గడ్డ కట్టుటకు మాత్రమే అనుకూలముగా ఉండును .మళ్ళీ సమతా స్థితి లోనికి అనగా ఘనీభవన వేగం ద్రవ స్థితి లోకి మారు వేగానికి సమానమగుట అనునది తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద జరుగును .అటువంటి ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవ బాష్ప పీడనం, దానికి సంబంధి౦చిన ఘన బాష్పపీడనం సమానంగా ఉంటాయి. దీనితో పాటు

K_{f}=RMT_{f}^{2}/\Delta H_{\mathrm {fus} }

కూడా సమానంగా ఉండుట చేత

దీనిని లెక్కించవచ్చును . ΔH_fus అనగా గలన ఏంథాల్పి.

ద్రవాభిసరణ పీడనం

ఒక ద్రావణాన్ని,దాని ద్రావణి నుంచి అర్ధ ప్రవేశ్యక పొర ద్వారా వేరు పరుచునప్పుడు ద్రావణి,ద్రావణంలోకి అంతర్ ప్రవేశం జరపకుండా నిలిపి వేయడానికి ద్రావణంపై ఉపయోగించే పీడనాన్ని ద్రవాభిసరణ పీడనం అని అంటారు.ఒక వేళ రెండూ ఒకే పీడనం కలిగి వుంటే,ద్రావణి ద్రావకంలోకి ప్రవేశించే ప్రక్రియను ద్రవాభిసరణం అంటారు. ఈ ప్రక్రియ ఎప్పుడైతే రెండింటి మధ్య పీడన భేదం సమానంగా వుంటుందో అప్పుడు ఆగిపోవును. దీనికి చెందిన రెండు ధర్మాలను జర్మన్ w.f.p.peter, j.h.van't hoff కనుగొన్నారు .

స్థిర ఉష్ణోగ్రత దగ్గర,గాఢత (c) గల విలీన ద్రావణం,ద్రవాభిసరణ పీడనం (π) గాఢతకు అనులోమానుపాతములో ఉండును.

π ∞ c

ద్రావణం ద్రవాభిసరణ పీడనం ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతములో ఉండును.

π ∞ T

బౌయెల్స్ లా,చార్లెస్ లా వీటి లాగానే ఈ సూత్రాలు ఉన్నాయి.ఇదే విధంగా pV=nRT లాగా πV=nRTi ఆదర్శ వాయు సమీకరణానికి పోలి ఉంది.

π అనగా ద్రవాభిసరణ పీడనం,
V అనగా ఘన పరిమాణం ,
n అనగా ద్రావణి మోల్ సంఖ్య
R అనగా వాయు స్థిరాంకం =8.314 J/K.mol
T అనగా ఉష్ణోగ్రత , i అనగా వాంట్ హఫ్ఫ్ అంశం
అందుచేతే ద్రవాభిసరణ పీడనం ద్రావిత గాఢత ci కు అనులోమానుపాతములో ఉండటముతో కణాధార లక్షణం అంటున్నాము .
c=n/V
π=nRTi/V =cRTi

మూలాలు

↑ McQuarrie, Donald, et al. Colligative properties of Solutions" General Chemistry Mill Valley: Library of Congress, 2011.
↑ KL Kapoor Applications of Thermodynamics Volume 3
↑ K.J. Laidler and J.L. Meiser, Physical Chemistry (Benjamin/Cummings 1982), p.196
↑ W.B. Jensen, J. Chem. Educ. 75, 679 (1998) Logic, History, and the Chemistry Textbook I. Does Chemistry Have a Logical Structure?
↑ H.W. Smith, Circulation 21, 808 (1960) THEORY OF SOLUTIONS : A Knowledge of the Laws of Solutions ...

ఇతర లింకులు

[1] McQuarrie, Donald, et al. Colligative properties of Solutions" General Chemistry Mill Valley: Library of Congress, 2011.

[ReferenceA-2] KL Kapoor Applications of Thermodynamics Volume 3

[3] K.J. Laidler and J.L. Meiser, Physical Chemistry (Benjamin/Cummings 1982), p.196

[4] W.B. Jensen, J. Chem. Educ. 75, 679 (1998) Logic, History, and the Chemistry Textbook I. Does Chemistry Have a Logical Structure?

[5] H.W. Smith, Circulation 21, 808 (1960) THEORY OF SOLUTIONS : A Knowledge of the Laws of Solutions ...

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]