Giáo trình Hóa lý dược

1 I

O

Á

L

Ý

D

Ư

NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC
HÀ N ộ i - 2011

Ợ

C


Chỉ đạo biên soạn:
VỤ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ Y TẾ

Chủ hiên:
ĐỎ MINH QUANG

Những người biên soạn:
PGS. MAI LONG
PGS.TS. ĐÕ MINH QUANG

TS. PHẠM VĂN NGUYỆN

Tham giam tổ chức tả n thảo:
TS. NGUYỄN MẠNH PHA

© Bản quyền thuộc Bộ Y tế (Vụ Khoa học và Đào tạo)

2


LỜI GIỚI THIỆU

Thưc hiện một số điều của Luật Giáo dục, Bộ Giáo dục & Đào tạo và Bộ Y tế đã ban
hành chương trình khung đào tạo Dược sĩ đại học. Bộ Y tế tổ chức biên soạn tài liệu dạy hoe các môn cơ sở và chuyên môn theo chương trình trên nhằm từng bước xây dựng bộ
sách đạt chuẩn chuyên môn trong công tác đào tạo nhân lực y tế.
Sách Hoá tý dược được biên soạn dựa vào chương trình giáo dục của Đại học Y
Dươc thành phố Hồ Chí Minh trên cơ sở chương trình khung đã được phê duyệí. Sách được
tâp thể các giảng viên giàu kinh nghiệm về giảng dạy và thực tế lâm sàng của Đại học Y
Dươc thành phố Hồ Chí Minh biên soạn theo phương châm: kiên thức cơ bản, hệ thông; nội
dung chính xác, khoa học; cập nhật các kiến thức y dược học hiện đại và thực tiên
Việt Nam.
Sách Hoá lý dược đã được hội đồng chuỵên môn thẩm định sách và tài liệu dạy học
chuyên ngành Dược sĩ đại học của Bộ Y tế thẩm định năm 2009. Bộ Y tế quyết định ban
hành tài liệu dạy - học đạt chuẩn chuyên môn của ngành Y tế trong giai đoạn hiện nay.
Trong thời gian từ 3 đến 5 năm, sách phải được chỉnh lý, bổ sung và cập nhật.
Bộ Y tế chân thành cảm ơn các tác giả đã bỏ nhiều công sức để hoàn thành cuốn sách;
cảm ơn PGS. TS. Phạm Ngọc Bùng và TS. Đào Đại Cường đã đọc và phản biện cuốn sách
để sớm hoàn thành, kịp thời phục vụ công tác đào tạo nhân lựq y tế.
Lần đầu xuất bản, chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, các
bạn sinh viên và các độc giả để lần xuất bản sau sách được hoàn thiện hơn.

3


LỜI NÓ! Đ Ầ U

Hóa lý là tên gọi tắt của môn học hóa học vật lý, là một trong những ngành cơ bản
của hóa học hiện đại, chiếm vị trí trung gian giữa hóa học và vật lý.
Nội dung giảng dạy cùng thời lượng của môn Hóa lý căn cứ vào mục tiêu và yêu
cầu đào tạo của chương trình đào tạo Dược sĩ đại học hệ chính quy.
Giáo trình này có 7 chương, gồm 13 bài lý thuyết, ứng với 3 đơn vị học trình,
dành cho sinh viên đại học dược trong giai đoạn hai. cấu trúc của từng bài gồm: mục
tiêu, nội dung và câu hỏi lượng gía cho sinh viên tự kiểm tra.
Để tiếp thu môn Hóa lý được dễ dàng, sinh viên không những cần có kiến thức cơ
bản về Hóa đại cương, Hóa hữu cơ, Hóa phân tích, Toán học, Vật lý mà còn biêt hệ
thống hóa, liên kết kiến thức của từng bài học trong chương trình Hóa lý để có cái nhìn
tòan diện về rtìôn học này.
Việc học môn Hóa lý sẽ hiệu quả khi sinh viên nắm vững mục tiêu bài học, hiếu
và thực hiện những nội dung của bài và cuối cùng tự kiểm tra kiến thức bằng câu hỏi
lượng giá.
Sự hiểu biết về những quy luật và quá trình hóa học của Hóa lý cho phép ta điều
khiển được những quá trình hóa học, chọn điều kiện tối ưu cho việc tiến hành quá trình
đó. Biết cách vận dụng các kiến thức đã học vào đời sống, thiết kế quy trình, thay đổi kỹ
thuật sản xuất và sử dụng tài nguyên tự nhiên một cách hiệu quả hơn. Như vậy, Hóa lý
không chỉ là một môn hoàn toàn lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tế rất lớn.
Hy vọng giáo trình này sẽ giúp ích cho sinh viên có thêm kiến thức Hóa lý góp
phần hỗ trợ và kết hợp với các môn học khác trong chương trình đào tạo Dược sĩ đại
học. Việc biên soạn lần này còn nhiều thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp quí
báu của độc giả về hình thức lẫn nội dung của giáo trình. Chúng tôi xin chân thành
cảm ơn.

Tháng 10 năm 2010

Các tác giả

4


M ỤC LỤC
Chỉrơỉig 1
PGS. Mai Long
Bái 1. Dung dịch loãng
1.1. Mờ đầu
1 .2. Dung dịch chất khí trong chất lỏng
1 .3. Dung dịch chất tan không bay hơi và không điện ly
1 .4. Dung dịch thực, sự sai lệch với trạng thái lý tưởng
C hưong2

7
7
12
14
29
PGS. Mai Long

Bài 2: Cân bằng pha
2.1. Đại cương
2.2. Hệ một cấu tử, giản đồ pha của lưu huỳnh
2.3. Hệ hai cấu tử
2.4. Hệ ba cấu tử

Chương 3. Hoá học về trạng thái keo
'

—

— *

Bài 3. Hệ phân tản
3.1. Khái niệm hệ phân tán
Bài 4. Điều chế và tinh chế keo
3.1. Điều chế keo
3.2. Tinh chế keo
Bài 5. Tính chất của hệ keo
X
3.1. Tính chất động học của hệ keo /
3.2. Tính chất quang học của hệ keo
3.3. Tính chất điện học của hệ keo
Bài 6. Độ bền vững của sự keo tụ
3.1. Độ bền vững của hệ keo
3.2. Sự keo tụ
Chương 4.

40
40
50
53
66

PGS. TS. Đỗ Minh Quang

■

_
\

■

^ '

.

Ị
Ị
j

■

71
71
80
80
84
91
91
97
103
115
115
118

PGS. TS. Đỗ Minh Quang
Bài 7. Hệ bán keo và hệ phân tán thô
4.1. Hệ bán keo
4.2. Hệ phân tán thô

127
127
129

Chương 5: Các hiện tượng bề mặt và hấp phụ
PGS. TS. Đỗ Minh Quang
Bài 8: Các hiện tượng bề mặt
5.1. Những khái niệm cơ bản

137
137
5


144
145
151
151
153
157
161
162

5.2. Phân loại chất hoạt động bề mặt
5.3. Úng dụng của chất HĐBM

Bài 9. Sự hấp phụ
5.1. Một số khái niệm và định nghĩa
5.2. Sự hấp phụ của chất khí trên bề mặt rắn
5.3. Hấp phụ chất tan trên bề mặt rắn
5.4. Sự hấp phụ chất điện ly
5.5. Hấp phụ trao đổi ion
Chii’O’Hg 6. Động hoá học
TS. Phạm Văn Nguyện

168
168
170
ỉ 82
188
190
196
196
197
199
203

Bài 10. Động học của các phản ứng hoá học
6.1. Một số khái niệm CO' bản về động hoá học
6.2. Động học của các phản ứng đơn giản
6.3. Động học của các phản ứng phức tạp
6.4, Ảr\h hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng
6.5. Xac định tuổi thọ của thuốc
'ìíàỉ 11 Xúc tác
6 .L Một số khái niệm cơ bản
6.2. Đặc điểm của chất xúc tác

6.3. Phản ứng xúc tác acid - bazơ
6.4. Phản ứng xúc tác enzyme
Chương 7. Điện hoá học
PGS. TS. ĐỖ Minh Quang
Bài 12. Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly
7.1. Các loại vật dẫn điện
7.2. Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly
7.3. Lý thuyết về lực hút tương gỗ giữa các ion
7.4. Sự tương tác giữa các ion trong dung dịch nước
7.5. ứng dụng của phép đo độ dẫn điện
Bài 13. Điện cực và pin điện ■
7.1. Điện cực và thế điện cực
7.2. Pin điện hoá và sức điện động của pin
7 .3 . ứng dụng của phép đo thế điện cực và pin điện hoá
7.4. Ý nghĩa của phép đo thế điện cực trong y dược

6

209
209
21 0

216
219
219
227
227
240
244
250

Chương 1
Bài 1

DUNG DỊCH LOÃNG

MỤC TIÊU IĨỌ C TẢ?
/. Trình bày và gìởi thích được các cách biếu thị thành phần dung dịch.
2. Trìrih bày được íhé tích moi riêng phần và hỏa (hê.
3.Crìái íhỉch dược sự hòa tan của chất khỉ írong chat lóng.
4. Trình bảy vả giải (hích được các ihuộc íính cùa dunẹ dịch.
■>'.

/v '.i

v /-< - .//,■ -// i i / r ọ - r

híììlỊỈ 'iici.-i
!\

i!ìi<:h
ỉ - ìh ịl

irọỉK.Ị

i.r ợ n y

nịi.ịìi

ỊI'- h n l ' S

ỊnK 'Ịi

; . \ ị h ì ' } i , : .'■<■

ú/i .\i\il lỉìúìíl tlhlll.
.■->;/ ;!> Oỉìh hn(ỉ!i\ I<■?;' -ự .:"i lỌt:!> •

lỊliii'-.' •

r'/l'U '

i

‘ÌỊỊÌV... dịd' 'V
■■ ■ ' v '

í.

h i ' - ‘ì ■

1.1. MỞ ĐẰU

1.1.1. Các c ách biểu thị thành phần dung dịch
Dung dịch là hỗn hợp đồng nhất hai hay nhiều chất. Dung dịch chỉ tạo thành một
pha. Dung dịch có thể là khí lỏng hay rắn. Theo quy ước chất chiếm lượng lớn trong
dung dịch là dung môi, còn chất chiếm lượng nhỏ là chât tan. Nêu chât tan chỉ chiêm tỷ
lệ rất nhỏ thì dung dịch là ỉoãng.
Thành phần dung dịch được biểu thị bởi nhiều cách khác nhau. Trong từng trường

hợp mỗi cách có những ưu điểm riêng.
Nồng độ tính cho một đơn vị thể tích được sử dụng phổ biến là nồng độ mol tính
theo sô mol trong một lít dung dịch. Dung dịch IM là dung dịch có chứa một mol chât
trong một lít dung dịch. Nông độ mol được sử dụng tiện lợi trong phân tín h thê tích.
Nhược điểm của nồng độ thể tích là thay đổi theo nhiệt độ do tỷ trọng của dung dịch
thay đổi.
Trong hóa lý hay sử dụng cách biểu thị nồng độ tính cho trọng lượng bởi vì nồng
độ này không thay đôi theo nhiệt độ. Độ molan là nông độ biêu thị băng sô mol trong
lOOOg dung môi. Thường dùng chữ m để biểu thị độ molan. Dung dịch lm là dung dịch
chứa một mol chất trong 1 0 0 0 gam dung môi.

7


Trong các tính toán lý thuyết ỉại hay dùng phân số mol để biểu thị nồng độ bởi vì
nhiều thuộc tính vật lý của dung dịch được biểu thị rất đơn giản theo số lượng tương đối
của các phân tử. Phân số m o l X của một chất trong dung dịch là tỷ số số mol của chất đó
với tổng số m o ỉ của tất cả các chất tạo thành dung dịch.
Nếu đ u n g dịch chứa nAmol chất A và ne mol chất B thì: Phân số mol của A và B là:
nA
Phân sô mol của chât A —X A —-----------

(1-1)

n A + b B

Phân số mol của chất B = X ,

nA+ nt

Vậy tổng số phân số mol của A và B phải bằng 1. I
Nồng độ phần trăm tính theo trọng lượng và thể tích thường dùng trong các công
tác kỹ thuật ít sử dụng trong hóa lý.
Toán: Một dung dịch axit axêtic gồm 80,8 gam acid acetic (M = 60,1) trong 1 lít
dung dịch. Ở 20°c, tỷ trọng của dung dịch là 1,0097 gam, cm. Hãy tính nồng độ dung
dịch bằng các cách đã nói trong bài.
Nong đô mol

80,8
60,1

= 1,34 mol/1

Nồng độ m o lan ------- ----------X 1000 = 1,45 m ol/1000g BLO
1009,7-80,8
Phân số mol
80,8/ 60,1
Phân sô moi của axit axêtic = ....................... —^ - —
= 0,025
1009,7 - 80,8
80,8/60,1 + ------ — ---- —
18
Phân số mol của nước = 1 - 0,025 = 0,975
Phần trăm tính theo trọng lượng:
80,8
1009,7

X

100 = 8,00% axit axêtic

1009,7- 80,8

X

100 = 92,00% nước.

1009,7

Đối với các khí, nếu không có lực hút tương hỗ giữa các phân tử và nội năng của
khí*không phụ thuộc vào sự thay đôi thê tích thì đó là khí lý tưởng. Còn đôi với dụng
dịch, thì được coi là lý tưởng những dung dịch trong đó lực tương tác giữa các phân tử
8


của các cấm tử khác nhau giống như lực tương tác giữa các phân tử cùng loại của mỗi
cấu tử. Ví dụ một dung dịch gồm hai chất A và B. Dung dịch là lý tưởng khi lực tương
tác giữa phân tử A và B cũng giống lực tương tác giữa hai phân tử A hoặc giữa hai phân
tử B. Nếu được như vậy thì khi trộn A và B để pha chế dung dịch, thể tích của dung
dịch bằng đúng tổng số thể tích của các chất lỏng, và không kèm theo sự tỏa nhiệt hay
hấp thụ nhiệt. Thực vậy khi trộn 100ml nước và lOOml nước, thê tích của nước là 200ml
bởi vì khi cho thêm nước, lực tương tác giữa các phân tử không hề thay đổi. Không có
nhiệt kèm theo khi pha trộn. Cũng như vậy khi trộn IOOml metanol với lOOmỉ etanol thể
tích dung dịch là 2 0 0 ml bởi vì lực tương tác giữa các phân từ etanol với metanoỉ và lực
tương tác giữa các phân tử cùng loại của các alcol là như nhau. Khi pha trộn cũng không
tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt.
Trái ỉại nếu trộn lOOml etanoỉ và 100ml nước thì thể tích hỗn họp co lại còn 190mỉ và
tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể. Các phân tử nước và alcol đã tương tác với nhau. Một
số thuộc tính của chúng khác biệt khi chủng ở trạng thái nguyên chất. Dung dịch như
vậy là không lý tưởng.

Các dung dịch lý tưởng thường gồm các chất có cấu tạo hóa học và thuộc tính hóa
học gần gũi nhau như etylen clorua và etylen bromua, n-hexan và n-hep-tan, n-butyl clorua
và n-butyl bromua, cacbon tetraclorua và silixi tetraclorua...
1.1.3. Thể tích mol riêng phần

Trong dung dịch lý tưởng thể tích của dung dịch bằng tống so thể tích của mỗi cấu
tử. Nhưng đối với các dung dịch thực thì không được như thế. Ví dụ, khi một moi
metanol cho vào trong nước thì độ tăng thể tích nhỏ hơrỉ là thể tích tính cho một mol
metanol Ịỏng ở trạng thái nguyên chất và phụ thuộc vào nồng độ củạ dung dịch tạo
thành. Để nghiên cưu các dung dịch, người ta đã đưa ra khái niệm thể tích mol riêng
phân. Dưới đây sẽ làm rõ khái niệm này.
Thế tích của dung dịch gồm hai chất ngoài các yếu tố áp suất, nhiệt độ còn phụ
thụộc nồng độ (hay phân sổ,moỊ) của mỗi chất. Hoặc nếu nói theo ngôn ngữ toán học thì
thể tích là hàm số của các biến số nhiệt độ, áp suất và nồng độ các chât. Ta có thể viết:
V = f (p, T, m, n2)
Áp dụng phép tính vi phân ta có vi phân toàn phần của hàm so V :
\
ÕV_
ÕV
dĩỉị 4"
dV
dT +
dp +
õp Jr
dn,
\ õn2Jr.
l
/
T
,

p
,
n
2
«!>»2
chỉ từ p, ni, ri2 ... chỉ điều kiện của hệ làp, rij, ri2... hằng định.
Trong điều kiện nhiệt độ và áp sụất không đổi nếu một dung dịch gồm ĨÌ1mol cấu
tử 1 và ĨÌ2 mol cấu tử 2 , biến thiên thể tích khi cho thêm một lượng nhỏ(tínhbằng mol)
của chất 1 là dni và một lượng nhỏ chất 2 , díi2 bằng:
dV =

ôn}

dnx +
n,;r,p

ÔV
dn,
õn 2 / / ĩ , , T, p

V\dn} + V idn2

9


V là thể tích mol riêng phần, nghĩa là:

V,

( 1- 2 )

V
V

1 / n2, ỉ , p

Vậy thể tích moi riêng phần của cấu tử 1 không gì khác là tốc độ tăng thể tích của
dung dịch theo số mol của chất 1 cho thêm (sao cho thành phần của hệ không đối) ở
nhiệt độ và áp suất không đổi. Hoặc có thể coi nó như là độ tăng thể tích do sự cho thêm
1 mol của cấu tử vào một lượng rất lớn dung dịch đến nỗi sự thêm đó không làm cho
nồng độ dung dịch thay đổi.
Thể tích mol riêng phần phụ thuộc nồng độ của dung dịch. Ví dụ: Một mol
metanol (32,01 gam) chiếm một thể tích bằng 40,47 ml ở 20 °c. Khi cho 1 mol chất này
vào một bình lớn đựng metanol nguyên chất thì thể tích cũng tăng thêm đúng 40,47 ml.
Nhưng nếu cho vào một bình rộng đựng dung dịch metanol trong nước có nồng độ
metanol bằng 13,35m thì thể tích chi tăng được có 37,3 ml.
Một trong các phương pháp xác định thể tích mol riêng phần của một chất hòa tan
là lập đường biểu diễn thể tích của dung dịch
theo độ molan của chất hòa tan và xác định
hệ số góc của đường cong (h.1-1). Hệ số góc
ỡv

của đường cong —— ở mỗi nồng đô cho ta
õũ2
tốc độ biến đổi thể tích theo số mol của chất
hòa tan cho thêm. Trên hình vẽ đường thẳng
tiếp tuyến với đường cong ở nồng độ 13,35m.
Hệ số góc tìm thấy là (1625 - 1375) /
(16,30 - 9,60) hoặc 37,3 ml. mol' 1 thể tích
mol riêng phần của dung môi cũng được tính
toán theo cách tương tự.

Một khi đã tìm được thể tích mol riêng
phần của các cấu tử thì có th ể tìm được th ể
tích của toàn bộ dung dịch ở nồng độ đã cho.
Thể tích dung dịch:

10

12

íòộ moCan của
Hình 1M: Đồ thị để xác định thể tích mol
riêng phần của metanol trong dung dịch

V = rijVị + n 2 V 2 + n 3 V 3 + ... (ni
112' n3...
... là sô
số mol của các cấu
câu tử tương ứng).
Nhiều thuộc tính quan trọng khác của dung dịch như nội năng, entapy ... và đặc
biệt là thế đẳng áp của dung dịch cũng phụ thuộc chẳng những vào nhiệt độ và áp suất
mà còn phụ thuộc thành phần của các cấu tử trong dung dịch. Ta cũng có thể lý luận
tương tự như với thể tích mol riêng phần và sẽ thu được các đại lượng u , H, G ... .gọi
chung là các đại lượng mol riêng phần. Danh từ đó lần đầu tiên được Livixơ đề nghị
(G.N.Lewis). Tuy nhiên thể tích là một đại lượng đo được trực tiếp và đã quen thuộc.
10


Còn đối với các đại lượng moỉ riêng phần khác đặc biệt là thế đắng áp riêng phần G thì
không trực tiếp đo được như trường hợp của thể tích nên có phần nào trừu tượng hơn.
Dưới đây chúng ta sẽ trở lại vấn đề này với khái niệm hóa thể.

Biểu thức định nghĩa:
Trong chương 2 chúng ta đã nghiên cứu các hàm số nhiệt động trong điều kiện
thành phần của hệ thống không đổi (hệ kín). Khi đó các hàm số này chỉ phụ thuộc nhiệt
độ và áp suất. Nhưng đối với hệ mở, các chất có thể thoát khỏi hệ hoặc thêm vào hệ, thỉ
ngoài nhiệt độ và áp suất, phải kể tới thành phần của hệ không đổi (hệ kín). Khi đó các
hàm số này chỉ phụ thuộc nhiệt độ và áp suất. Nhưng đối với hệ mở, các chât có thê
thoát khỏi hệ hoặc thêm vào hệ, thì ngoài nhiệt độ và áp suẩt phải kể tới thành phần của
hệ. Cũng như đối với thể tích ngoài nhiệt độ và áp suất thế đẳng áp của một hệ còn phụ
thuộc số lượng của tất cả các cẩu tử tạo thành hệ.
Nếu hệ gồm hai cấu tử 1 và 2 ta có:
G = f ( T ,p ,n j,n 2)

(1.3)

và:
dG

d ĩ / P,I1] ,ni

dT +

Đạo hàm riêng

r

ỠG
õp

dp +

,n,,n2

ôg'

/ ỔG N
Ổn 1 / T

dn, +
p.r>2

p .n ,

không gì khác là tốc độ thay đổi thế đẳng áp của hệ

V ổ n . ; T.p. n 2

theo số mol của chất 1 cho thêm ờ nhiệt độ, áp suất cũng như thành phần của hệ không
đổi, hoặc có thể coi là độ tăng thể đẳng áp do sự cho thêm một mol của cấu tử vào một
lượng rất lớn dung dịch đến nỗi sự thêm đó không làm cho thành phần dung dịch thay
đổi. Hoặc cũng có thể coi đó ỉà thế đẳng áp mol riêng phần của cấu tử (g ) Gipxơ đề
nghị gọi đại lượng đó là hóa thế và ký hiệu bởi chữ fi.

ỡn,í /

T,p,n2

Trong trường hợp chung nếu hệ có nhiều cấu tử thì hóa thế của cấu tử i.
/

ỡgn

T ,p ,O j,e 2

(1-4)

Ký hiệu T, p, ĩij, n 2 .... n là chỉ đạo hàm được lấy trong điều kiện áp suất, nhiệt độ
và số mol của mọi cấu tử đều không đổi trừ cấu tử i.

11


Điểu kiện cân bằng:
Nêu hệ được khảo sát trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đôi, ta có:
đG = Ịiiđni + |a2dn2.
Điều kiện cân bằng của hệ là dG = 0 ( i 9-5) vậy:
|i|dni + |^2dn2 = 0
Trường họp tổng quát:
dn, = 0

(1-5)

Phương trình (1-5) là phương trình Gipxơ - Đuhem về điều kiện cân bằng của hệ.
Đó là phương trình hết sức quan trọng sau này sẽ luôn luôn sử dụng tới.
Đối với một khí lý tưởng nguyên chất A, hóa thế của khí chính là thế đẳng áp của
một mol khi đó.
ịầa

= Ga

Vậy:

fiA = fJ-Ẳ + RTlnpA

(1-6)

Ở đây }1 ^ bằng
Trong một hỗn hợp gồm nhiều khí lý tưởng thì hóa thế của khí A vẫn không thay
đổi. Vì trong hồn họp các khí lý tưởng các phân tử không có tương tác với nhau, thể tích
của mồi cấu tử và các thuộc tính khác đều không thay đổi cho nên hóa thế của mỗi cấu
tử cũng giống như khi nó ở trạng thái nguyên chất. Phương trình để tính hóa thế 1-6 là
phương trình cần thiết sau này phải sử dụng tới luôn.
1.2. DUNG DỊCH CHẤT KHÍ TRONG CHẮT LỎNG

1.2.1. Sự hòa tan của chất khí trong chát lỏng

Một chất khi tiếp xúc với 1 chất lỏng thì sẽ hòa tan vào chất lỏng. Thường độ tan
của khí không lớn nên đó là các dung dịch loãng. Nhưng đặc biệt có một sổ chất khí khi
hòa tan lại có tương tác hóa học với dung môi ví dụ: amoniac hoặc acid clohydric hòa
tan trong nước. Độ tan của các chất này rất lớn.
Vì nồng độ của dung dịch thường nhỏ cho nên tính chất của dung dịch khí thường
không khác dung môi nguyên chất mấy. Sự hòa tan chất khí trong chất lỏng còn gọi là
sự hấp thụ chất khí bởi chất lỏng.
Để tính toán lý thuyết người ta thường dùng phân số mol làm đơn vị nồng độ.
Nhưng vì chất khí tan rất ít cho nên phân số mol của các dung dịch khí thường rất nhỏ
bởi vậy để cho tiện, trong thực tế thường biểu thị độ tan của chất khí bằng thể tích chất
khỉ tan trong 1 đơn vị thể tích chất lỏng.
Người ta gọi hệ số hấp thu là thể tích của chất khí quy về 0°c và 1 atm hòa tan
trong một đơn vị thể tích dung môi dưới điều kiện áp suất riêng phần của chất khí là 1
atm ở nhiệt độ thí nghiệm.
12

Bảng 1-1 trình bày hệ số hấp thụ cùa một vài chất khí thông thường ở 20°c trong
ba dung môi khác nhau.
Bảng 1.1. Hệ sổ hấp thụ của vài chất khí ở 20°c
Dung môi
Nước
Etanol
Benzen

h2

He

n2

02

CO

CO2

0,017
0,080
0,060

0,008
0,028
0,018

0,015
0,0130
0,104

0,028
0,143
0,163

0,025
0,177
0,153

0,088
3,0
-

Cần lưu V ràng hệ số hấp thụ ghi trong các bảng là thể tích của chất khí hòa tan đã
được quy về 0 c và l atm. Vì thế 1 mol của chất khí trong các điều kiện’như thế chiếm
một thể tích là 22,41. Do đó nếu đem chia hệ số hấp thụ với 22,4 thì đó ià độ tan của
chất khí tính bằng mol trong một lít ở 1 atm và ở nhiệt độ thí nghiệm.
Độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và bản chất khí và dung môi. Ở cùng
nhiệt độ và áp suất, độ tan của các khí tro n g một chất lỏng đã cho thường tăng theo mức
độ dễ hòa lỏng của chúng. Ví dụ: Trong dung môi bất kỳ thì hydro và heli khó hóa lỏng
là những khi ít tan còn carbon dioxyd dễ hóa lỏng tan nhiều hon (bảng 1- 1).
Cũng giống như dung dịch chất rắn hay chất lỏng trong chất lỏng, chất khí cũng
theo quy tắc: Chất khí phân cực dễ hòa tan trong dung môi phân cực; chất khí không
phân cực dễ hòa tan trong dung môi không phân cực.
Độ tan của chất khí trong chất lỏng ở áp suất không đổi là một trị số hàng định
biểu thị trạng thái cân bằng giữa các phân tử khí trong pha lỏng và các phân tử khí trong
pha khí. Đó là một cân bằng dị thể. Chất khí hòa tan trong nước lại thường tỏa nhiệt nên

theo nguyên lý Lơ Satơliê, sự tăng nhiệt độ làm giảm độ tan. Bởi thê người ta có thê
đuổi khí khỏi các dung dịch bằng cách đun sôi. Một vài dung dịch của các hydro
halogenua trong nước vì có tương tác hóa học với nước nên không tuân theo quy tắc đó.
1.2.2. Ảnh hưởng của áp suất. Định luật Henry

Ảnh hưởng của áp suất trên độ tan của chất khí đã được Henry nghiên cứu. Nội
dung của định luật Henry như sau:
Độ hòa tan của chất khí ở nhiệt độ không đổi tỷ lệ thuận với áp suất của chất khí
cân bằng với dung dịch.
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trên độ tan các khí trong nước.
Hệ số hấp thụ
Nhiệt độ
0 °c

30°c

' He

Nj

O2

C0 2

0,0094
0,0081

0,0235
0,0134

0,0489
0,0261

1,715
0,665

Nếu w là khối lượng của chất khí hòa tan trong một đơn vị thể tích của dung môi
ở áp suất cân bằng p, theo định luật Henry.

w = kp

(1-7)
13


k : là hệ số tỷ lệ. Nếu chất khí tuân
theo định luật Henry thì đồ thị biếu thị
độ tan theo áp suất sẽ là một đường
thăng đi qua điểm gốc của trục tọa độ. ^
Các kết quả đo lường độ tan của Hydro 6
clorua trong benzen khan ở 30°c được trình bày trên hình 1-2. Các điểm đều °"
nằm trên cùng một đường thẳng, nghiệm
đúng định luật Henry. Neu áp suất
không quá thấp phần 1Ó'11 các khí đều
tuân theo định luật Henry. Neil có phản
m . Hcl
ứng hóa học giữa chất khí và dung môi,
ví dụ hydro clorua, amoniac hoặc carbon
Hình 1-2: Sự hòa tan của HCL trong benzen
dioxyd trong nước thì định luật Henry sẽ

bị vi phạm.
Nhưng nếu chỉ tính lượng khí ở trạng thái tự do hoặc là ở trạng
thì thấy rằng định luật Henry vẫn có thể nghiệm đúng.

thái chưa kếthọp

Neu có một hỗn hợp chất khí hòa tan trong 1 dung môi thì độ hòa tan của mỗi chất
khi tỷ lệ với áp suất riêng phần của khí đó, độc lập đối với các khí khác có mặt trong
hỗn hợp.
1.3.

DUNG DỊCH C H Á T TAN KHÔ NG BAY HƠI VÀ KHÔNG ĐIỆN LY

1.3.1. Áp suất hơi của dung dịch

a. Độ giảm áp suất hơi của dung dịch. Định luật Raun.
Từ lâu người ta đã biết ràng một chất hòa tan trong một chất lỏng sẽ làm cho áp suất
hơi của chất này giảm xuống. Nhung mối liên hệ giữa độ hạ áp suất hơi và thành phần của
dung dịch thì mãi tới năm 1887 mới được Raun (F.M.Raun) tìm ra bằng thực nghiệm.
Giả thiết cho 1 chất lỏng A vào trong 1 bình kín (đã rút hết không khí). Hai quá
trình sẽ xảy ra đồng thời: Các phân tử chất lỏng A bốc thành hơi và các phân tử A ở
trạng thái hơi ngưng động thành trạng thái lỏng. Khi cân bằng, tốc độ của hai quá trình
này bằng nhau. Lúc đó áp suất cân bàng trên mặt chất lỏng là áp suất hơi bão hòa của
chất lỏng, vắn tắt thường gọi là áp suất hơi của chất lỏng. Ở mỗi nhiệt độ áp suất hơi
của chất lỏng là một hằng số.
Bây giờ thêm 1 lượng nhỏ chất B vào chất lỏng A. Vì có lẫn thêm một ít phân tử
B chiếm chỗ nên nồng độ của chất lỏng A giảm đi do đó số phân từ chất lỏng A thoát
thành hơi trong một đơn vị thời gian cũng giảm đi. Kết quả là áp suất hơi Pa của chat A
trên dung dịch phải nhỏ hơn trên dung môi nguyên chất PẲ (pA < PẲ ). Nói cách khác
là khi thêm 1 chất tan trong 1 chất lỏng sẽ làm cho áp suất hơi của chất lỏng này giảm

đi. Thực nghiệm cho biết nếu chất B tan trong chất lỏng A tạo thành 1 dung dịch lý
tưởng thì áp suất hơi của chất lỏng tỷ lệ với nồng độ của nó trong dụng dịch. Đe tiện
cho việc tính toán nồng độ được biểu thị bằng phân số mol. Ta có:
14


Pa = k.xA
Xa là phân số mol của chính dung môi A
Kh i XA = 1

Pa = Pa

k = PẴ
Vậy

P a = PẲ XA

Vì

XA + XB = ỉ

Nên

Xạ = 1 - XB

(1-8)

Pa = P Ẳ ( 1 - x b)

p!

^ P
PẲ

a

=

(1-9)

xb

P a - P a chính là độ hạ áp suất hơi của dung môi trên dung dịch, bởi vậy tỷ số
o _
— ------— được gọi là độ giảm tương đối áp suất hơi của dung môi trên dung dịch,
Pa
Danh từ tương đối là chỉ sự so sánh với áp suất hơi của dung môi nguyên chất. Vậy căn
cứ vào biểu thức 1-9 ta có:
Độ giảm tương đổi áp suất hơi của dung môi trên dung dịch bằng phân số moỉ
của chất hòa tan trong dung dịch hoặc theo biểu thức 1-8 ta cỏ: Áp suất hơi của dung
môi trên dung dịch tỷ lệ thuận với phân sổ mol của dung môi.
Đó là nội dung của định luật Raun. Để cho tiện trong trường hợp chung gọi X2 là
phân số moi của chất tan. p° là áp suất hơi của dung môi nguyên chất, p là áp suất hơi
của dung môi trên dung dịch (thường hay gọi tất không được chính xác là áp suất hơi
của dung dịch) ta có:

—-----—= x 2
p

( 1- 10 )

Bảng 1.3. Độ hạ áp suất hơi cùa một số dung dịch với dung môi là eỉe
Phân số moi chất tan

Độ hạ áp suất hơi tương đối

Tỷ số

Nitrobenzen

0,060

0,055

0,92

Metyl salixylat

0,092

0,086

0,93

Etyl benzoat

0,096

0,091

0,95

Chất tan

Benzaldehyd

0,130

0,132

1,02

Anilin

0,077

0,081

1,05

Nếu định luật được nghiệm đúng thì tỷ số ở cột bên phải bảng 1-3 phải bằng 1.
Quả thật định luật đã nghiệm gần đúng với các dung dịch nói trên.

15


v ề mặt lý thuyết, cần nhớ rằng định luật Raun chỉ nghiệm đúng nghiệm ngặt đổi
với các dung dịch lý tưởng.
Thực tế chỉ có ít dung dịch lý tưởng. Đổi với các dung dịch không lýtưởng (dung
dịch thực) thì định luật Raun sẽ có sai lệch ít nhiều đối với các dung dịch loãng, sự sai

lệch đó rất nhỏ có thể bỏ qua.
Ta có hai trường hợp:
- Chất hòa tan là 1 chất không bav hơi.
- Chất hòa tan và đung môi đều là các chất bay hơi.
Trong cả hai trường hợp đều có thể áp dụng định luật Raun. Trong chương này ta
xét trường hợp đầu.
Xác định trọng lượng phân tử bằng phương pháp đo độ giảm áp suất hơi.
Nếu trọng lượng (tính bằng gam) của dung môi là W) và của chất tan là W2 trọng
lượng phân tử của chúng là Mi và M 2, ta có số mol dung môi là:

W,
n i = 7IViị
7^
số mol chất tan là :

w.2
2

Điền vào phương trình 1-10 được:

W2 / M 2
Wị / M | + W2/ M 2
Trong dung dịch loãng, số mo! IỈ2 của chất tan rất nhỏ so với số mol của dung môi 111:

n2
n 2 + ĩiị

n,
n,

=

w.

n2

( 1- 11)

M 2 W,

Nếu pha chế một dung dịch có W2 gam chất tan trong W| gam dung môi có trọng
lượng phân tử đã biết (Mi), ta có thể xác định được trọng lượng phân tử của chât tan M 2
bàng cách đo áp suất hơi của dung môi (p°) và dung dịch (p).

16


Toán
Khi hòa tan 18,04g manitol vào trong
lŨOg nước, áp suất hơi của nước ở 20°c từ
17,535 mmHg giảm xuống còn 17,226
mmHg. Xác định trọng lượng phân tử của
manitol. Ta có :

Wị = 100;

w 2 =18,04

p° = 17,535 mm Hg
Mj 18,02

p = 17,226 mm Hg

1 7 ,5 3 5 -1 7 ,2 2 6

18,04.18,02

17,535

1 0 0 .M ,

M2

Hình 1-3: Sự tăng nhiệt độ sôi
của dung dịch

181

Trọng lượng phân tử của manitol thực tế bằng 182
b.
Độ tăng điểm sôi của dung dịch loãng. Chất lỏng sẽ sôi khi áp suất hơi của nó
bằng áp suất khí quyền (1 atm). Do đó chất lỏng nào có áp suất hơi càng thấp nhiệt độ
sôi của nó càng cao. Khi hòa tan một chất trong một dung môi áp suất hơi của dung môi
này giảm đi cho nên sẽ làm cho nhiệt độ sôi của nó tăng lên. Nồng độ chất tan càng lớn
áp suất hơi càng giảm và nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng.
Hình 1-3 là đồ thị thực nghiệm biểu thị sự phụ thuộc nhiệt độ của áp suất hơi dung
môi trển dung dịch. Trên đồ thị có một số đường. Mỗi đường là đồ thị của một dung dịch có
nồng độ xác định. Vì các d u n g dich đều có nồng độ rất loãng nên các đường đó gần như
song song với nhau và xếp sát gần nhau. Ở cùng nhiệt độ, dung môi nguyên chất có áp suất
lớn han các dung dịch nên đường biểu diễn của nó (đường 1) nằm ở trên cùng. Các dung

dịch có nồng độ càng lớn thì đường biểu diễn càng ở phía dưới.
Nhiệt độ sôi của dung dịch là nhiệt độ mà áp suất hơi trên dung dịch ứng với 1 atm.
Muốn tìm điểm sôi của mỗi dung dịch chi cần kẻ một đường song song với trục nhiệt độ ở
áp suất bàng 1 atm. Giao điểm của đường này và các đường biểu diễn cho ta điểm sôi của
mỗi dung dịch. Ví dụ To là nhiệt độ sôi của đung môi nguyên chất, T là nhiệt độ sôi của
dung dịch. Độ tăng điểm sôi của dung dịch AT = T - T0 được biểu thị bởi đoạn AB. Độ
giảm áp suất hơi của dung môi trên dung dịch (ở nhiệt độ To) sẽ bằng p° - p và được biểu
thị bởi đoạn AC. Hãy xét mối liên quan giữa độ tăng điểm sôi và độ giảm áp suất hơi này.
Đối với các dung dịch loãng với các nồng độ khác nhau các đường biểu diễn (1,2,
3...) hầu như là các đường song song. Tỷ số AB/AC là một hằng số. Xét hai tam giác
đồng dạng ABC và AB’C ’ ta có:
AB _ AB'
AC ~ A C

HLD - T2

= const

17


Vậy

AB = co n st. AC

Nên

ATS= const (p° - p)

Theo định luật Raun ta lại có:

p

0

p

p

0

X2 là phân số mol của chất hòa tan nên
T"&0
0
p ~~ p = p X2

p° là áp suất hơi của dung môi, là môt trị số hàng định ở mỗi nhiệt độ nên:
ATS = const. p ° x 2
ATS = K s . x 2

( 1- 12)

Ks là một hằng số và gọi là hằng số nghiệm sôi của dung môi.
Mặt khậc cũng có thể xây dựng phương trình 1-12 một cách chính xác hơn bằng
một phương pháp khác, trong đó hệ số Ks, được tính từ các thuộc tính của dung môi dựa
vào phương trình Clapêron - Clauđiutxơ. Sự phụ thuộc nhiệt độ của áp suất hơi được
biểu thị bởi phương trình Clapêron - Clauđiutxơ
dp

L h.p

dT

RT 2

Lh là nhiệt bốc hơi của một mol chất lỏng. Nếu dung dịch là loãng và ở gần nhiệt
độ sôi của chất lỏng p và T bằng p° và T0

dp _ L h.p°
dT ” R
T2
RT0
Vói dung dịch loãng độ tăng điểm sôi (ATS) và độ giảm áp suất hơi bão hòa (p° - p) rất
nhỏ nên có thể đồng hóa chúng với dT và dp, do đó có thể biểu thị
p° - p
AT

dp _ p° ~ p _ L h.p°
dT
ATS
RT02
Và

18


Theo định luật Raun, độ hạ áp suất hơi tương đối bằng phân số mol X2 nên:
2

A T = - p - . X,

(1-13)

Lh

Vì R, To và L là các hằng số nên:
2

= const = K„

0

Lh

Như vậy phương trình (1-13) tương đương với phương trình (1-12).
Nồng độ tính theo phân sổ mol tiện lợi trong tính toán lý thuyết nhưng trong thực
tế thì lại không tiện lợi bằng các nồng độ khác, chẳng hạn nồng độ mol hay nồng độ
molan. Bởi thế để tiện sử dụng cần sửa phương trình này đôi chút.
Nếu dung dịch rất loãng, có thể coi phân số moi
n-2
2

n

2 +

2
n ,

n

J

Nếu gọi Wi và W 2 là trọng lượng của dung môi và chất tan, Mi và M 2 là trọng
lượng phân tử của chúng thì

W, _
n ,

=

—

L

, n

RT0

w,
2 =

—

—

W2.M,

Lh ' W..M‘
Nếu gọi lh là nhiệt bốc hơi tính cho 1 gam dung môi thì:

Lh = M, .lh
Và

AT

R TLo_
2

w„
” 2
w ,.m 2

Trong việc nghiên cứu các dung dịch loãng, để thuận tiện người ta biểu thị nồng
độ bằng độ molan. Độ molan là số mol chất hòa tan trong lOOOg dung môi.
Nếu dung dịch có W2/M 2 mol chất tan trong w 1 gam dung môi, độ molan m bằng:

w

m = — —— X 1 0 0 0
m 2 .w,
Vậy :
= Ks .m

RT2

AT = ...- i s— . m
s 1000. ỉh
(1-14)
19

Trong đó hằng số nghiệm sôi Ks bằng

(1-15)

1000/Ẫh
Ks phụ thuộc nhiệt độ sôi và nhiệt bốc hơi của dung môi

Theo phương trình 1-14, đối với các dung dịch loãng và tuân theo định luật Raun,
độ tăng điêm sôi cùa dung dịch tỷ lệ thuận với độ moỉan của dung dịch đỏ.
Đối với dung dịch đậm đặc hơn thì sự tỷ lệ giữa độ tăng điểm sôi và độ molan có
sai lệch ít nhiều. Sự sai lệch đó phần do dung dịch không đủ loãng để có thể thực hiện
các phép tính gần đúng trong khi thiết lập phương trình 1-14 phần do sự sai lệch đối với
định luật Raun bởi vì các dung dịch đó không phải là các dung dịch lý tưởng.
Xác định trọng lượng phân tử từ độ tăng điêm sôi.
Đưa trị số của m vào phương trình 1-14 ta có:
v

1 0 0 0 W2

s' m 2 .w ,

M 2 = K s. f ° ° ^

-

(1-16)

s ATS.W,

Đe tính trọng lượng phân tử của chất tan M 2 cần làm thí nghiệm đo độ tăng điểm
sôi ATS của dung dịch chất này trong 1 dung môi thích hợp và tìm trị số của hằng số
nghiệm sôi Ks của dung môi đó.
Đe tính Ks có hai cách. Cách thứ nhất căn cứ vào phương trình 1-15 nghĩa là dựa
vào nhiệt độ sôi và nhiệt độ bốc hơi của dung môi, còn cách thứ hai dựa vào thí nghiệm
đo độ tăng điểm sôi ATScủa một dung dịch chất tan mà trọng lượng phân tử M 2 đã biết,
rồi tính Ks theo 1-16. Kết quả thu được trong hai phương pháp thường rất ăn khớp với
nhau. Điều đó lại khẳng định thêm sự đúng đắn của các phương trình vừa được thiết lập.
Hằng số nghiệm sôi Ks của một số dung môi được ghi trong bảng 1-4.
Bảng 1.4. Hằng số nghiệm sôi của một số dung môi
Dung môi

Ks

Dung môi

Ks

Nước

0,513

Benzen

2,63

Metanol

0,83

Acid acetic

3,14

Etanol

1,20

Cloroform

3,85

Aceton

1,72

Cacbon tetraclorua

5,02

1.3.2. Độ hạ băng điểm của dung dịch

Từ lâu người ta đã biết rằng nhiệt độ đông đặc (thường được gọi là băng điểm)
của dung dịch nhỏ hơn của dung môi nguyên chất. Ví dụ nước đường đông đặc ở nhiệt
20


độ thấp hơn nước nguyên chất (0°C). Dung
dịch có nồng độ càng cao đông đặc ở nhiệt độ
càng thấp. Bây giờ ta thiết lập mối quan hệ

oiữa nồng độ dung dịch và độ giảm nhiệt độ
TÌV-Irr /-1
ÍÌ
i *__ /Iiỉn
đông
đặc của dung
dịch.
Đê Í^ÍS
cụ tịì
thêầ Ỷn
ta hãy \rẢ.ị
xét
một dung dịch loãng của một chầt hòa tan
(không điện giải) trong nước.

•5

m

Trước hết ta lập đồ thị biểu thị sự phụ
thuộc theo nhiệt độ của áp suất hơi trên dung
môi nguyên chất, trên dung dịch và trên tinh
thể của dung môi.
Điểm A biểu thị băng điểm của dung
môi To, điểm B biểu thị băng điểm của dung
dịch T. Băng điểm của dung dịch T thấp hơn
của dung môi To,
Độ hạ băng điểm là AT = T 0 - T,

T

/\)kỉ<ệt đô

Hình 1-4: Sự hạ băng điểm
của dung dịch

Tương tự như đối với độ tăng điểm sôi ta cũng có thể chứng minh được
AT = K b. X2

-

(1-17)

.

Ở đây Kb là hằng số nghiệm lạnh.
Mặt khác ta cũng có thể tìm thấy phương trình 1-17 dựa trên phương trình
Claperon Clauđiutxơ.
■Theo phương trình này, đối với dung dịch ở áp suất và nhiệt độ băng điểm, biến
thiên của áp suất hơn theo nhiệt độ là :
dpi _ L h-P°
đT
RT02
Lh là nhiệt bốc hơi của dung môi
T 0 là băng điểm của dung môi nguyên chất

(p -

, ,

,
dp ,
ơ nông đô loãng BC coi như một đoạn thăng nên —— băng CD/BD nghĩa là
dT
P r )/A T , vậy :
P -P r

AT

= L h-P°

RT2

(1- 18)

Với dung môi ở thể rắn, cũng có (độ dốc của đường cong BA)
j p r = L th-P°
dT
RT2
21


Lt.h là nhiệt thăng hoa của dung môi ở trạng thái rắn. AB được coi là một đoạn
dpr
thăng nên —^ băng AD/BD. Vây phương trình này ừở thành :
rlT '

£ lz £ L = t i ư :

(1-19)

Đem phương trình 1-19 trừ cho phương trình 1-18 được

p°-p

( L t. h - L h)p°
^2

l0
-

o £____
L n .c

L

£_

’ p°

= L t h - L h là nhiệt nóng chảy phân tử gam của dung môi.

' —2
p ----~~p bằng
Nếu dung dịch tuân theo định luật Raun, độ hạ ap'Suat hơi tương đối
p
phân số mol của chất hòa tan X2.
d t2
ẠX = ——2-. x 2
L„ „

( 1-20)

Phương trình này tương tự như phương trình 1-13 chỗ khác là ở đây nhiệt nóng
chảy được thay thế vào chỗ nhiệt bốc hơi trong phương trình 1-13.
Đối với các dung dịch loãng, áp dụng các phép tính gần đúng như trong trường
họp độ tăng điểm sôi ta cũng được:
AT = K b.m
K

RT2
= ——- ĩ —
b 1 0 0 0 lnc

■

(1-21)
( 1 -2 2 )

ln c : là nhiệt nóng chảy tính cho một gam dung môi.
To: là băng điểm của dung môi
Như vậy, đối với dung dịch loãng độ hạ tăng điếm tỷ lệ thuận với độ molan của
dung dịch.
Các kết quả thực nghiệm thường rất phù hợp với kết luận trên. Đối với dung dịch
có nồng độ cao hơn thì có sai lệch ít nhiều.

22


Xác định trọng lượng phân tử chất hỏa tan từ đo độ hạ băng điếm.

Phương pháp xác định trọng lượng phân tử chất tan từ độ hạ băng điểm cũng
tương tự như từ độ tăng đi êm sôi.
Để tính trọng lượng phân tử ta có thể dùng phương trình tương tự như phương
trình 1 - Ỉ 6 :
1 0 0 0 W,

M2 = Kh ———— —

(1-23)

â Tb.W!
Có thể tính Kb từ nhiệt nóng chảy và nhiệt độ đông đặc của dung môi dựa vào
phương trình ỉ - 2 2 hoặc xác định Kb bàng thực nghiệm bằng cách đo độ hạ băng điểm
của một dung dịch chất tan đã biết trọng lượng phân tử rồi áp dụng phương trình 1-23
mà tính ra. Trị số của Kb thu được bằng hai phương pháp rất phù hợp nhau. Hằng số
nghiệm lạnh Kb của một số dung môi được ghi trên bảng 1-5.
Bảng 1.5. Hằng số nghiệm lạnh của một số dung môi

Dung môi

Dung môi

Kb

Kb

Nước

1.80

Naphtalen

-

Acid acetic

3.90

Bromoform

14.3

Benzen

5.12

Xyclohexan

20.2

Nitrobenzen

6.9

Camphor

40.0

Cần lun ý là các tính toán chỉ đúng khi dung môi kết tinh thì tách riêng thành các
tinh thể nguyên chất. Trường họp dung môi kết tinh kéo theo cả chất hòa tan thành một

chất rắn đồng nhất gồm cả dung môi và chất tan thì phương trình đã thiết lập được sẽ
không còn sử dụng được nữa.
c. Áp suất thẩm thau.
Năm 1748 Nôlê (Nollet) đã mô tả một thí nghiệm như sau: rượu vang được đổ đầy
một bình hình trụ, rồi bịt miệng bình bằng một màng bong bóng lợn, đoạn nhúng bình vào
trong nước. Ông nhận thấy nước chui qua màng bong bóng làm cho rnàng bong bóng
phồng lên và vỡ tung. Màng bong bóng có tính chất bán thấm: chỉ có nước đi qua còn
rượu không đi qua. Ông gọi sự tă n g áp suất ừong bình là “Áp suất th ẩ m thấu”.
Nhưng bong bóng động vật không hoàn toàn ngăn được mọi chất hòa tan đi từ
dung dịch qua màng nên không phải là một màng bán thấm hoàn hảo. Muốn đo áp suất ■
thầm thấu cần có một màng bán thấm hoàn hảo hơn. Năm 1864 M. Trôbơ đã tìm ra
được phương pháp chế tạo màng đó.
Một bình hình trụ bằng sứ sốp (không tráng men) đem ngân vào dung dịch
feroxyanua kali, đoạn lấy ra ngâm vào dung dịch đồng sunfat. Đồng sunfat thấm vào
các lỗ sốp và phản ứng với feroxyanua đồng ở thể keo trong các lỗ này.

23


Ống sứ được chuẩn bị như thế là một màng
bán thấm tốt.
Tiếp theo sau
(W.F.P.Pfeffer) đã
(1877). Ông đổ đầy
hình trụ vừa mô tả
nước cất.

sự phát minh của Trôbơ,
đo được áp suất thẩm thấu
dung dịch nghiên cứu vào bình

(hình 1-5) rồi nhúng bình vào

Do hiện tượng thẩm thấu nước cất sẽ từ bên
ngoài chui vào trong bình làm cho nước ở áp kể
tăng lên. Khi đã đạt tới cân bằng mực nước ở áp kế
không tăng lên nữa. Áp suất đọc được là áp suất
thẩm thấu của dung dịch. Kết quả đo áp suất thẩm
thấu của Feffe cho biết: áp suất thẩm thấu của dung
dịch phụ thuộc hai yếu tố: nồng độ và nhiệt độ.
Bảng 1.6.
.

Hình 1*5. Dụng cụ đơn giản để
đo áp

suất thẩm thấu (theo Feffe)

Mối liên hệ giữa áp suất thẩm thấu và nồng độ
V

c

V

71

1%

100 ml.g'1

0,7 atm

70

2

50

1,34

67

4

25

2,74

68

6

16,5

4,10

68

c: là nồng độ tính bằng gam đường trong
v: là thể tích của dung dịch chứa

1

1 0 0 ml

71.

dung dịch

gam đường

n: là áp suất thẩm thấu
Bảng

1.7. Mối liên hệ giữa áp suất thẩm thấu và nhiệt độ

T.oK

n (1)

nlT

273,0

0,649

0,00238

279,8

0,601

0,00237

286,7

0,684

0,00241

288,5

0,691

0,00237

295,0

0,721

0,00244

305,0

0,716

0,00235

309,0

0,746

0,00241

Dung dịch đường có nồng độ 1%
Kết quả đo lường của Feffe được Van Hốp rất chú ý. ông đã tìm thấy một sự
tương tự kỳ lạ giữa áp suất của các khí và áp suất thẩm thấu của dung dịch.
24


Theo các số liệu trên bảng 1.6, tích số TC.V là một hằng sổ tương tự như đối với các
khí theo định luật Bôilơ (Boyỉe)

Cũng trong bảng 1.7, ta thấy áp suất thẩm thấu tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối tương
tự như trường hợp các khí nghĩa là: rc/T = const.
Phối hợp hai hệ thức này lại ta được:
71.V = Nrt

Hoặc:

n

m

7t= RT
V

Cuối cùng

n

vì — = c

(1-24)

V

71 = CRT

(1-25)

V

: là thể tích của dung dịch

c

: là nồng độ của dung dịch

n

: là số mol chất hòa tan

phương trình 1-25, chính là biểu thức cùa Van Hốp về áp suất thẩm thấu.
Toán:
Dung dịch 1 gam đường trong 100ml hoặc 1 mol (34,2g) trong 34,2 lít có áp suất
thẩm thấu bằng 0,649 atm ở 0°. Tính R

Tt.v (o,649 atm) (34,2 l.mol ;
,

■Ị
R = — = — — -----r^TTT------------1 = 0,0813 ỉ: atm. đô'1, moi' 1
T
273 độ
Trị số hằng số R tìm thấy bằng thực nghiệm luôn luôn xấp xỉ số của hằng số khí
nghĩa là 0,08205 trong giới hạn các sai sổ thực nghiệm, và do đó ta có thể dùng hằng số
khi R trong việc tính toán áp suất thẩm thấu.
b.
Hòa 2.0 gam đường, trọng lượng phân tử bằng 342 hòa tan trong nước thành
50ml dung địch ở 50°c. Tính áp suất thẩm thấu.
n_

W RT

2,0.0,08205.298,1
= —... ..... — .—— =
Mv
342.0,050

2 ,8 6

atm

Đo áp suất tham thấu
Để đo áp suất thẩm thấu một cách chính xác ngày nay có hai loại phương pháp:
phương pháp Frêzơ và phương pháp Beckơlây.
Phương pháp Frêzơ (Frazer) được mô tả trên hình 1-6. Người ta đổ đầy nước
trong bình sốp 1 đã tẩm đồng ferocyanua. Bình này nhủng trong một binh khác đựng
dung dịch (trong nước).

25