Τι είναι οι συλλογικές ιδιότητες;

Μια συλλογική ιδιότητα είναι ένα περιγραφικό χαρακτηριστικό που χρησιμοποιείται στη χημεία διαλυμάτων. Πιο απλά, οι συλλογικές ιδιότητες είναι εκείνες οι ιδιότητες του διαλύματος που εξαρτώνται από τον αριθμό των μορίων διαλυμένης ουσίας σε ένα δεδομένο διάλυμα, αλλά όχι από την ταυτότητα αυτών των μορίων διαλυμένης ουσίας. Υπάρχουν μόνο λίγες ιδιότητες του διαλύματος που είναι συλλογικές: πίεση ατμών, ανύψωση σημείου βρασμού, πίεση σημείου πήξης και οσμωτική πίεση. Οι συλλογικές ιδιότητες ορίζονται μόνο για ιδανικές λύσεις.

Στη χημεία, τα διαλύματα ορίζονται ως που αποτελούνται από μια διαλυμένη ουσία ή τη διαλυμένη ουσία και έναν διαλύτη ή τη διαλυτική ουσία. Για παράδειγμα, εάν λίγο επιτραπέζιο αλάτι διαλυθεί στο νερό, το αλάτι είναι η διαλυμένη ουσία και το νερό είναι ο διαλύτης. Οι συλλογικές ιδιότητες αυτού του διαλύματος είναι ιδιότητες που εξαρτώνται μόνο από τον αριθμό των μορίων του άλατος ή την αναλογία του αριθμού των μορίων άλατος προς τον αριθμό ή τα μόρια του διαλύτη. Οι συλλογικές ιδιότητες του διαλύματος δεν εξαρτώνται από το γεγονός ότι η διαλυμένη ουσία είναι αλάτι ή από οποιοδήποτε από τα χαρακτηριστικά του άλατος. Μια συλλογική ιδιότητα είναι μια ιδιότητα που για οποιοδήποτε διάλυμα θα συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο, είτε το διάλυμα περιέχει αλάτι, ζάχαρη ή οποιαδήποτε άλλη πιθανή διαλυμένη ουσία.

Από τις τέσσερις συλλογικές ιδιότητες του διαλύματος, η τάση ατμών, η ανύψωση του σημείου βρασμού και η κατάθλιψη του σημείου πήξης συνδέονται στενά. Η τάση ατμών ως συλλογική ιδιότητα περιγράφεται από το νόμο του Raoult. Ο νόμος του Raoult βασικά δηλώνει ότι για μια ιδανική λύση, η τάση ατμών του συνολικού διαλύματος εξαρτάται από την τάση ατμών καθενός από τα χημικά συστατικά, καθώς και από το μοριακό κλάσμα καθενός από τα χημικά συστατικά στο διάλυμα. Πιο πρακτικά, αυτή η σχέση σημαίνει ότι καθώς μια διαλυμένη ουσία προστίθεται σε ένα διάλυμα, η μεταβολή της τάσης ατμών εξαρτάται μόνο από την αναλογία της διαλυμένης ουσίας προς τα μόρια του διαλύτη. Για άλλη μια φορά, επειδή είναι μια συλλογική ιδιότητα, η αλλαγή στην τάση ατμών δεν εξαρτάται από την ταυτότητα της διαλυμένης ουσίας που προστίθεται.

Η ανύψωση του σημείου βρασμού και η κατάθλιψη του σημείου πήξης είναι συλλογικές ιδιότητες που κάθε μία αλλάζει παράλληλα με τις αλλαγές στην τάση ατμών. Όταν μια διαλυμένη ουσία προστίθεται στο διάλυμα, οι διαλυμένες ουσίες μειώνουν την τάση ατμών του διαλύτη. Η αλλαγή της πίεσης προκαλεί αντίστοιχη αύξηση του σημείου βρασμού και μείωση του σημείου πήξης του διαλύματος. Με άλλα λόγια, όταν μια διαλυμένη ουσία προστίθεται σε ένα διάλυμα, το διάλυμα τώρα θα βράσει σε υψηλότερη θερμοκρασία και θα παγώσει σε χαμηλότερη θερμοκρασία.

Η ωσμωτική πίεση είναι η τέταρτη συλλογική ιδιότητα του διαλύματος. Η όσμωση ορίζεται ως η κίνηση των μορίων του διαλύτη μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης σε μια περιοχή που περιέχει μεγαλύτερο αριθμό μορίων διαλυμένης ουσίας. Η ωσμωτική πίεση είναι η ποσότητα της πίεσης που πρέπει να εφαρμοστεί στη μία πλευρά της ημιπερατής μεμβράνης για να αποτραπεί η ροή του διαλύτη. Η οσμωτική πίεση ενός ιδανικού διαλύματος σε σταθερή θερμοκρασία είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας, ή αλλιώς, εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των μορίων της διαλυμένης ουσίας.

Οι συλλογικές ιδιότητες του διαλύματος μπορεί να φαίνονται περίπλοκες για να οριστούν, ωστόσο, μπορούν να γίνουν κατανοητές διαισθητικά μέσω μερικών κοινών παραδειγμάτων. Πολλοί μάγειρες προσθέτουν αλάτι σε μια κατσαρόλα γεμάτη νερό όταν μαγειρεύουν τα ζυμαρικά, κάτι που κάνει τα ζυμαρικά να μαγειρεύονται πιο γρήγορα. Αυτή η ενέργεια εκμεταλλεύεται μια συλλογική ιδιότητα. Η προσθήκη του αλατιού αυξάνει το σημείο βρασμού του νερού, το οποίο επιτρέπει στα ζυμαρικά να μαγειρεύονται πιο γρήγορα σε υψηλότερη θερμοκρασία νερού.
Η κατάθλιψη του σημείου πήξης χρησιμοποιείται επίσης συνήθως από τους σεφ. Τόσο η ζάχαρη όσο και το αλάτι ως διαλυμένες ουσίες βοηθούν το παγωτό να παγώσει. Η ζάχαρη στο παγωτό επηρεάζει τη θερμοκρασία στην οποία παγώνει το παγωτό και το αλμυρό νερό γύρω από το δοχείο του παγωτού δημιουργεί ένα πιο κρύο περιβάλλον στο οποίο το παγωτό θα παγώσει πιο γρήγορα.