JOVANA
Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
All guides

数粒子,不论种类:依数性与渗透

撒在结冰路面上的盐、引擎里的防冻液、涌进枯萎植物根部的水——这一切都源自一个令人惊讶的事实:溶液的某些性质只取决于你溶解了多少个粒子,而不取决于它们是什么。来认识依数性。

数人头的性质

这是这一阶里最可爱的惊喜之一。溶液有那么几个性质,根本不在乎你溶进去的是什么——糖、盐、防冻液,都没有区别——它们只在乎你放进去了多少个粒子。把溶解粒子的数目翻一倍,效应也翻一倍,无论那些粒子碰巧是什么。这些就是依数性,这个词的拉丁词根意思是「靠数数捆在一起」。

经典的依数性有四个,而它们全都能追溯到一个你已经认识的共同原因:溶进溶质会降低溶剂的蒸气压,正如拉乌尔定律所许诺的那样。从这一个不动声色的变化里,流淌出一些大得惊人的、日常的后果。

沸点升高

当一种液体的蒸气压终于升高到与压在它上方的空气压力相等时,它就沸腾。但溶进溶质已经降低了那个蒸气压——所以你必须把溶液加热得比平常更烫,才能把蒸气压重新推回到沸腾所需的程度。溶液在比纯溶剂更高的温度下才沸腾。这就是沸点升高

往煮意面的水里加盐确实会提高它的沸点——但说实话,按厨房里那点用量,也就升高零点几度,远不足以让面条煮得更快。加盐其实是为了调味。这个效应是真实而可预测的;只是除非溶液相当浓,否则它很小。

凝固点降低

镜像的那一面更戏剧化。溶解的粒子挡在溶剂分子的路上,妨碍它们排列成有序的固体晶体,所以溶液必须被冷却到比正常凝固点更低,才能结冰。这就是凝固点降低,也正是我们往结冰路面上撒盐的原因:盐水能在远低于0°C时仍保持液态,于是冰就融化、而不再冻着了。

同样的把戏,灌满了汽车水箱里的防冻液,也让冷冻甜点保持可以挖动的柔软、而不是硬得像砖头。因为这两种偏移的大小都由浓度决定,化学家用质量摩尔浓度——前面那个不怕温度的量——来计量这些性质,这样即便液体忽冷忽热,数字也能保持诚实。

渗透压:会推动的水

第四个、也是最强有力的依数性,出现在任何「让水通过却挡住溶质」的膜两侧——这种结构存在于每一个活细胞中。水会自发地从稀的一侧流向浓的一侧,仿佛想把拥挤程度抹平。要阻止这股流动、你必须施加的那个压力,就是渗透压

渗透压可以大得惊人——强到足以把树液送上一棵高树,也足以把一颗落进纯水里的红血球胀破。这正是为什么腌肉能防腐(水被从微生物体内吸出,让它们脱水),也是为什么枯萎的植物浇水后会重新挺立(水流进它的细胞、把它们撑硬)。

玄机所在:要数清每一个粒子

有一个值得记住的陷阱。依数性数的是溶液中的粒子,所以要紧的是每个「化学式单元」最终变成了多少个粒子。溶解糖,一个分子还是一个粒子。但溶解食盐,它会一分为二——钠和氯各自散开——于是它带来的依数性效力大约是两倍。像这样会裂成离子的溶质,形成的就是电解质溶液

所以一摩尔盐让凝固点降低的幅度,大约是一摩尔糖的两倍——不是因为盐有什么特别,而是因为它每个单元会以两个粒子的身份出现。永远要问:这东西溶解时,我实际得到了多少个独立的粒子?把人头数对了,依数性效应就随之而来。