Συντελεστής Βαν'τ Χοφ

Ο συντελεστής Βαν'τ Χοφ i (van 't Hoff factor i) (που πήρε το όνομά του από τον Ολλανδό χημικό Ιάκωβο Ερρίκο βαν'τ Χοφ) είναι ένα μέτρο της επίδρασης μιας διαλυμένης ουσίας στις προσθετικές ιδιότητες (colligative properties) όπως ωσμωτική πίεση, σχετική ταπείνωση της τάσης ατμών, ανύψωση του σημείου ζέσης (boiling-point elevation) και ταπείνωση του σημείου πήξης (freezing-point depression). Ο συντελεστής van 't Hoff είναι η αναλογία μεταξύ της πραγματικής συγκέντρωσης των σωματιδίων που παράγονται όταν διαλύεται η ουσία και της τυπικής συγκέντρωσης που θα αναμενόταν από τον χημικό τύπο της. Για τους περισσότερους μη ηλεκτρολύτες διαλυμένους στο νερό, ο συντελεστής van 't Hoff είναι ουσιαστικά 1. Για τις περισσότερες ιονικές ενώσεις που είναι διαλυμένες στο νερό, ο συντελεστής van 't Hoff είναι ίσος με τον αριθμό των διακριτών ιόντων σε μια τυπική μονάδα (formula unit) της ουσίας. Αυτό ισχύει μόνο για ιδανικά διαλύματα, καθώς περιστασιακά συμβαίνει σύζευξη ιόντων στο διάλυμα. Σε μια δεδομένη στιγμή ένα μικρό ποσοστό των ιόντων ζευγαρώνει και μετράται ως ένα μόνο σωματίδιο. Το ζευγάρωμα ιόντων συμβαίνει σε κάποιο βαθμό σε όλα τα διαλύματα ηλεκτρολυτών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο μετρημένος συντελεστής Βαν'τ Χοφ να είναι μικρότερος από αυτόν που προβλέπεται σε ένα ιδανικό διάλυμα. Η απόκλιση για τον συντελεστή van 't Hoff τείνει να είναι μεγαλύτερη όπου τα ιόντα έχουν πολλαπλά φορτία. Ο συντελεστής συνδέει ωσμωτική συγκέντρωση (osmolarity) με γραμμομοριακότητα κατ΄ όγκο και την ωσμωτικότητα (osmolality) με την γραμμομοριακότητα κατά βάρος.

Διιστάμενες διαλυμένες ουσίες

Ο βαθμός διάστασης είναι το κλάσμα των αρχικών μορίων διαλυμένης ουσίας που έχουν διασταθεί. Συνήθως υποδηλώνεται με το ελληνικό σύμβολο $\alpha$. Υπάρχει μια απλή σχέση μεταξύ αυτής της παραμέτρου και του συντελεστή Βαν'τ Χοφ. Εάν ένα κλάσμα $\alpha$ της διαλυμένης ουσίας διασπαστεί σε ιόντα $n$, τότε

$i=1+\alpha (n-1).$

Παραδείγματος χάρη, η διάσταση του KCl K⁺ + Cl⁻ δίνει $n=2$ ιόντα, έτσι ώστε $i=1+\alpha$. Για διάσταση σε περίπτωση απουσίας σύζευξη, ο παράγοντας van 't Hoff είναι: $i>1$.

Συσχετιζόμενες διαλυμένες ουσίες

Ομοίως, εάν ένα κλάσμα $\alpha$ των $n$ mol διαλυμένης ουσίας συσχετιστεί για να σχηματίσει ένα γραμμομόριο ενός n-μερούς (διμερούς, τριμερούς, κ.λπ.), τότε

$i=1-\left(1-{\frac {1}{n}}\right)\alpha .$

Για τον διμερισμό του οξικού οξέος σε βενζόλιο:

2 CH₃COOH (CH₃COOH)₂

2 mol οξικού οξέος συνδέονται για να σχηματίσουν 1 mole διμερούς, έτσι ώστε

$i=1-\left(1-{\frac {1}{2}}\right)\alpha =1-{\frac {\alpha }{2}}.$

Για συσχέτιση σε περίπτωση απουσίας διάστασης, ο συντελεστής van 't Hoff είναι: $i<1$.

Φυσική σημασία του i

Διμερισμός καρβοξυλικού οξέος με σχηματισμό δεσμών υδρογόνου (εμφανίζονται ως διακεκομμένες γραμμές)

• Όταν τα σωματίδια της διαλυμένης ουσίας συσχετίζονται στο διάλυμα, το i είναι μικρότερο από 1. Παραδείγματος χάρη, τα καρβοξυλικά οξέα όπως το οξικό οξύ (αιθανοϊκό οξύ) ή το βενζοϊκό οξύ σχηματίζουν διμερή στο βενζόλιο, έτσι ώστε ο αριθμός σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας να είναι ο μισός αριθμός των μορίων του οξέος.
• Όταν τα σωματίδια της διαλυμένης ουσίας διίστανται στο διάλυμα, το i είναι μεγαλύτερο από 1 (π.χ. χλωριούχο νάτριο στο νερό, χλωριούχο κάλιο στο νερό, χλωριούχο μαγνήσιο στο νερό).
• Όταν τα σωματίδια της διαλυμένης ουσίας ούτε διίστανται ούτε συνδυάζονται σε διάλυμα, το i ισούται με 1 (π.χ. γλυκόζη στο νερό).

Η τιμή του i είναι ο πραγματικός αριθμός των σωματιδίων στο διάλυμα μετά τη διάσταση διαιρεμένος με τον αριθμό των τυπικών μονάδων που διαλύθηκαν αρχικά στο διάλυμα και σημαίνει τον αριθμό των σωματιδίων ανά τυπική μονάδα της διαλυμένης ουσίας όταν ένα διάλυμα είναι αραιό.

Σχέση με τον οσμωτικό συντελεστή

Αυτό το μέγεθος μπορεί να συσχετιστεί με τον ωσμωτικό συντελεστή g από τη σχέση: $i=ng$.

Παραπομπές

• Tro, Nivaldo J. (2020). Chemistry : A Molecular Approach (Fifth έκδοση). Hoboken, NJ. σελίδες 613–614. ISBN 978-0-13-498889-4. OCLC 1048659501.