Kolligative egenskaper

Kolligative egenskaper betegner forskjellige fenomen som opptrer i fysikalsk kjemi når et stoff oppløses i en væske og dermed gir den egenskaper som kun avhenger av konsentrasjonen av stoffet og ikke hva slags stoff det er. Disse effektene avhenger derfor ikke av vekselvirkninger mellom løsemiddelet og molekylene til det oppløste stoffet. Til og med ideelle blandinger hvor slike vekselvirkninger antas å ikke forekomme, vil ha kolligative egenskaper. Ordet stammer fra latin colligatus som kan oversettes med sammensatt.

De mest kjente effektene er:

Damptrykket for et løsemiddel blir litt mindre når det tilsettes et annet stoff som løses opp. Dette fenomenet ble først systematisk studert av den franske kjemiker François-Marie Raoult rundt 1880. Han fant at reduksjonen av damptrykket for tynne løsninger er proporsjonalt med konsentrasjonen av oppløst stoff. Dette resultatet kalles i dag for Raoults lov.
Frysepunktsnedsettelse betyr at en løsning har et noe lavere frysepunkt enn det rene løsemiddelet. Dette fenomenet ble også undersøkt av Raoult som fant at temperatursenkningen er proporsjonal med konsentrasjonen av tilsatt stoff. Effekten blir benyttet når islagte veier blir strødd med salt om vinteren og fly blir aviset ved å sprøyte dem med forskjellige kjemiske væskeblandinger.
Osmotisk trykk oppstår når en løsning adskilles fra det rene løsemiddelet (eller en løsning med en annen konsentrasjon) med en halvgjennomtrengelig membran som bare slipper igjennom løsemiddelet. Fenomenet kalles osmose og spiller en viktig rolle bl. a. i mange biologiske sammenhenger. Det kan også utnyttes til å produsere elektrisk strøm i saltkraftverk ved å utnytte forskjellen i saltkonsentrasjon i sjøvann og ferskt vann.
Kokepunktsforhøyelse viser seg ved at kokepunktet for en løsning er noe høyere enn for det rene løsemiddelet. For tynne løsninger er forhøyelsen proporsjonal med konsentrasjonen av tilsatt stoff. Vann vil koke ved en litt høyere temperatur enn 100 °C når man adderer til litt salt, men den praktiske effekten er liten.

Disse kolligative effektene kan forklares ved bruk av termodynamikk. Spesielt kan man benytte at det kjemiske potensialet skal være det samme for et stoff når det befinner seg i termodynamisk likevekt i forskjellige faser eller aggregattilstander. For eksempel, når et løsemiddel tilsettes litt oppløselig stoff, vil det kjemiske potensialet reduseres litt og desto mer ved økende temperatur. Som vist i figuren, vil da frysepunktet - gitt ved punktet hvor dette kjemiske potensialet er like stort som det kjemiske potensialet for den faste fasen - bli litt lavere. På samme måte vil kokepunktet bli litt høyere, noe som også fremgår fra samme figur.

Osmose oppstår også fordi løsningen har lavere kjemiske potensial enn det rene løsemiddelet. Dermed vil det oppstå en spontan strøm av løsemiddel inn i løsningen for å jevne ut denne forskjellen i konsentrasjoner slik at det kjemiske potensialet får mest mulig lik verdi i de to områdene.

Litteratur rediger

G.W. Castellan, Physical Chemistry, Addison-Wesley Publishing Company, New York (1971). ISBN 0-20-110386-9.
I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill, New York (2008). ISBN 978-0072538625.