ラウールの法則

ラウールの法則とは

ラウールの法則（英: Raoult's law）は、混合溶液内における各成分の蒸気圧が、純液体の蒸気圧とその混合物におけるモル分率の積で決定されるという原理です。この法則は、不揮発性の溶質を含む溶液の蒸気圧の低下（蒸気圧降下）を理解する上で重要な意味を持っています。

この法則はフランソワ＝マリー＝ラウールの名前に由来しており、特に希薄な溶液が対象となります。理想的な溶液は、各成分が互いに異なる分子間力を持たない状況を指し、これに近いものとしてはベンゼンとトルエンの混合溶液などが挙げられます。

理想溶液とその特性

ラウールの法則が適用される理想溶液では、相互作用が少なく、各成分のモル分率が全体の蒸気圧における影響を正確に表します。具体的には、成分iの蒸気圧Piは以下のように表されます。

$$
P_i = ext{P}_i^ imes ext{χ}_i
$$

ここで、P_i^は成分iの純液体における蒸気圧、χ_iはそのモル分率です。全ての成分の蒸気圧の合計が混合溶液の全蒸気圧PTotalを形成します。すなわち、

$$
P_{Total} = P_1 + P_2 + ext{...}
$$

溶質の蒸気圧が溶媒のそれよりも低い場合、溶液の全体的な蒸気圧は純粋な溶媒の蒸気圧よりも低下することを示すこの現象は、蒸気圧降下と呼ばれます。特に、溶質が不揮発性である場合、この現象は顕著です。

沸点上昇との関係

ラウールの法則によって導かれるもう一つの重要な概念は沸点上昇です。蒸気圧が低下することで、溶液の沸点は上昇します。これは蒸気圧pが純正溶媒の蒸気圧p0、モル分率χ0およびχ1に基づいて以下のように表されます。

$$
ext{Δ}p = p_0 - p
$$

ここで、Δpは蒸気圧の降下を示し、溶媒と不揮発性溶質の物質量の比から、希薄溶液では次のように評価できます。

$$
rac{n_1}{W_0} ext{と} rac{M_0 p_0}{1000} ext{を考えれば}
$$

この結果、蒸気圧降下は質量モル濃度に比例することが明らかになります。水とその溶液の蒸気圧曲線は、沸点近くでは平行に近い関係を示し、この点から沸点上昇の関係も導かれます。

まとめ

ラウールの法則は混合溶液の挙動を理解するための基盤を形成しています。特に、安定した理想溶液の特性や不揮発性溶質を含む場合の蒸気圧降下は、化学や物理学における重要なテーマです。この法則は、分子間の相互作用や溶液の物理的特性の理解に役立つ貴重な原理です。

もう一度検索