احسب مقدار ارتفاع نقطة غليان المذيب نتيجة لإضافة مذيب باستخدام المولالية وقيم الثابت الغلياني. ضروري للكيمياء والهندسة الكيميائية وعلوم الأغذية.
احسب ارتفاع درجة غليان محلول بناءً على المولالية للذائب وثابت الغليان للمذيب.
تركيز الذائب بالمولات لكل كيلوغرام من المذيب.
خاصية للمذيب تربط المولالية بارتفاع درجة الغليان.
اختر مذيبًا شائعًا لتعيين ثابت الغليان الخاص به تلقائيًا.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °م
ارتفاع درجة الغليان هو خاصية تجميعية تحدث عندما يتم إضافة ذائب غير متطاير إلى مذيب نقي. وجود الذائب يتسبب في أن تكون درجة غليان المحلول أعلى من تلك الخاصة بالمذيب النقي.
الصيغة ΔTb = Kb × م تربط ارتفاع درجة الغليان (ΔTb) بمولالية المحلول (م) وثابت الغليان (Kb) للمذيب.
ثوابت الغليان الشائعة: الماء (0.512 °م·كغ/مول)، الإيثانول (1.22 °م·كغ/مول)، البنزين (2.53 °م·كغ/مول)، حمض الأسيتيك (3.07 °م·كغ/مول).
ارتفاع نقطة الغليان هو خاصية أساسية من خصائص التفاعل الكوليجاتي التي تحدث عند إضافة مادة غير متطايرة إلى مذيب نقي. تساعد حاسبة ارتفاع نقطة الغليان في تحديد مقدار زيادة نقطة غليان المحلول مقارنة بالمذيب النقي. هذه الظاهرة مهمة في مجالات متنوعة بما في ذلك الكيمياء، وهندسة الكيمياء، وعلوم الغذاء، وتصنيع الأدوية.
عند إضافة مادة مذابة (مثل الملح أو السكر) إلى مذيب نقي (مثل الماء)، تصبح نقطة غليان المحلول الناتج أعلى من تلك الخاصة بالمذيب النقي. يحدث ذلك لأن جزيئات المادة المذابة تتداخل مع قدرة المذيب على الهروب إلى الحالة البخارية، مما يتطلب المزيد من الطاقة الحرارية (درجة حرارة أعلى) لتحقيق الغليان.
تقوم حاسبتنا بتنفيذ الصيغة القياسية لارتفاع نقطة الغليان (ΔTb = Kb × m)، مما يوفر وسيلة سهلة لحساب هذه الخاصية المهمة دون الحاجة إلى حسابات معقدة يدوية. سواء كنت طالبًا تدرس الخصائص الكوليجاتية، أو باحثًا يعمل مع المحاليل، أو مهندسًا يقوم بتصميم عمليات التقطير، فإن هذه الأداة تقدم وسيلة سريعة ودقيقة لتحديد ارتفاع نقاط الغليان.
يتم حساب ارتفاع نقطة الغليان (ΔTb) باستخدام صيغة بسيطة ولكن قوية:
حيث:
تعمل هذه الصيغة لأن ارتفاع نقطة الغليان يتناسب طرديًا مع تركيز جزيئات المادة المذابة في المحلول. يعمل الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb) كعامل تناسب يربط المولالية بزيادة درجة الحرارة الفعلية.
تمتلك المذيبات المختلفة ثوابت إيبيليوسكوبية مختلفة، تعكس خصائصها الجزيئية الفريدة:
المذيب | الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb) | نقطة الغليان العادية |
---|---|---|
ماء | 0.512 °م·كغ/مول | 100.0 °م |
إيثانول | 1.22 °م·كغ/مول | 78.37 °م |
بنزين | 2.53 °م·كغ/مول | 80.1 °م |
حمض الأسيتيك | 3.07 °م·كغ/مول | 118.1 °م |
سيكلوهكسان | 2.79 °م·كغ/مول | 80.7 °م |
كلوروفورم | 3.63 °م·كغ/مول | 61.2 °م |
تم اشتقاق صيغة ارتفاع نقطة الغليان من مبادئ الديناميكا الحرارية. عند نقطة الغليان، تكون الطاقة الكيميائية للمذيب في الحالة السائلة متساوية مع تلك في الحالة البخارية. عند إضافة مادة مذابة، تنخفض الطاقة الكيميائية للمذيب في الحالة السائلة، مما يتطلب درجة حرارة أعلى لتحقيق التوازن بين الطاقات.
يمكن التعبير عن هذه العلاقة في المحاليل المخففة كالتالي:
حيث:
يتم دمج المصطلح في الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb)، مما يمنحنا صيغة مبسطة.
تجعل حاسبتنا من السهل تحديد ارتفاع نقطة الغليان لمحلول. اتبع هذه الخطوات:
أدخل المولالية (m) لمحلولك بالوحدات المولية/كغ
أدخل الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb) لمذيبك بالدرجات المئوية·كغ/مول
عرض النتيجة
انسخ النتيجة إذا لزم الأمر لسجلاتك أو حساباتك
توفر الحاسبة أيضًا تمثيلًا بصريًا لارتفاع نقطة الغليان، يظهر الفرق بين نقطة غليان المذيب النقي ونقطة الغليان المرتفعة للمحلول.
دعونا نعمل من خلال مثال:
باستخدام الصيغة ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °م·كغ/مول × 1.5 مول/كغ = 0.768 °م
لذلك، ستكون نقطة غليان هذا المحلول الملحي 100.768 °م (مقارنة بـ 100 °م للماء النقي).
تتعامل الحاسبة مع عدة حالات خاصة:
يعد ارتفاع نقطة الغليان أمرًا حيويًا في:
تنطبق المبدأ على:
يهم ارتفاع نقطة الغليان في:
تشمل التطبيقات:
في الارتفاعات العالية، يغلي الماء عند درجات حرارة أقل بسبب الضغط الجوي المنخفض. للتعويض:
على سبيل المثال، عند ارتفاع 5000 قدم، يغلي الماء عند حوالي 95 درجة مئوية. سيؤدي إضافة 1 مول/كغ من الملح إلى رفع ذلك إلى حوالي 95.5 درجة مئوية، مما يحسن كفاءة الطهي قليلاً.
يعد ارتفاع نقطة الغليان واحدة من عدة خصائص كوليجاتية تعتمد على تركيز جزيئات المادة المذابة بدلاً من هويتها. تشمل الخصائص الأخرى ذات الصلة:
انخفاض نقطة التجمد: الانخفاض في نقطة التجمد عند إضافة مواد مذابة إلى مذيب
انخفاض ضغط البخار: تقليل ضغط بخار المذيب بسبب المواد المذابة
ضغط الأسموزي: الضغط المطلوب لمنع تدفق المذيب عبر غشاء شبه نافذ
توفر كل من هذه الخصائص رؤى مختلفة حول سلوك المحاليل ويمكن أن تكون أكثر ملاءمة اعتمادًا على التطبيق المحدد.
تمت ملاحظة ظاهرة ارتفاع نقطة الغليان لقرون، على الرغم من أن فهمها العلمي تطور مؤخرًا:
بدأت الدراسة المنهجية لارتفاع نقطة الغليان في القرن التاسع عشر:
في القرنين العشرين والواحد والعشرين، تم تطبيق فهم ارتفاع نقطة الغليان على العديد من التقنيات:
لقد ظلت العلاقة الرياضية بين التركيز وارتفاع نقطة الغليان ثابتة، على الرغم من أن فهمنا للآليات الجزيئية قد تعمق مع التقدم في الكيمياء الفيزيائية والديناميكا الحرارية.
1' صيغة إكسل لحساب ارتفاع نقطة الغليان
2=B2*C2
3' حيث تحتوي B2 على الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb)
4' و C2 تحتوي على المولالية (m)
5
6' لحساب نقطة الغليان الجديدة:
7=D2+E2
8' حيث تحتوي D2 على نقطة الغليان العادية للمذيب
9' و E2 تحتوي على ارتفاع نقطة الغليان المحسوبة
10
1def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 حساب ارتفاع نقطة الغليان لمحلول.
4
5 المعلمات:
6 molality (float): المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
7 ebullioscopic_constant (float): الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
8
9 العائدات:
10 float: ارتفاع نقطة الغليان بالدرجات المئوية
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("يجب أن تكون المولالية والثابت الإيبيليوسكوبي غير سلبية")
14
15 delta_tb = ebullioscopic_constant * molality
16 return delta_tb
17
18def calculate_new_boiling_point(normal_boiling_point, molality, ebullioscopic_constant):
19 """
20 حساب نقطة الغليان الجديدة لمحلول.
21
22 المعلمات:
23 normal_boiling_point (float): نقطة الغليان العادية للمذيب النقي بالدرجات المئوية
24 molality (float): المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
25 ebullioscopic_constant (float): الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
26
27 العائدات:
28 float: نقطة الغليان الجديدة بالدرجات المئوية
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# استخدام المثال
34water_boiling_point = 100.0 # °م
35salt_molality = 1.0 # مول/كغ
36water_kb = 0.512 # °م·كغ/مول
37
38elevation = calculate_boiling_point_elevation(salt_molality, water_kb)
39new_boiling_point = calculate_new_boiling_point(water_boiling_point, salt_molality, water_kb)
40
41print(f"ارتفاع نقطة الغليان: {elevation:.4f} °م")
42print(f"نقطة الغليان الجديدة: {new_boiling_point:.4f} °م")
43
1/**
2 * حساب ارتفاع نقطة الغليان لمحلول.
3 * @param {number} molality - المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
4 * @param {number} ebullioscopicConstant - الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
5 * @returns {number} ارتفاع نقطة الغليان بالدرجات المئوية
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("يجب أن تكون المولالية والثابت الإيبيليوسكوبي غير سلبية");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * حساب نقطة الغليان الجديدة لمحلول.
17 * @param {number} normalBoilingPoint - نقطة الغليان العادية للمذيب النقي بالدرجات المئوية
18 * @param {number} molality - المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
19 * @param {number} ebullioscopicConstant - الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
20 * @returns {number} نقطة الغليان الجديدة بالدرجات المئوية
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// استخدام المثال
28const waterBoilingPoint = 100.0; // °م
29const sugarMolality = 0.5; // مول/كغ
30const waterKb = 0.512; // °م·كغ/مول
31
32const elevation = calculateBoilingPointElevation(sugarMolality, waterKb);
33const newBoilingPoint = calculateNewBoilingPoint(waterBoilingPoint, sugarMolality, waterKb);
34
35console.log(`ارتفاع نقطة الغليان: ${elevation.toFixed(4)} °م`);
36console.log(`نقطة الغليان الجديدة: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °م`);
37
1#' حساب ارتفاع نقطة الغليان لمحلول
2#'
3#' @param molality المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
4#' @param ebullioscopic_constant الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
5#' @return ارتفاع نقطة الغليان بالدرجات المئوية
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("يجب أن تكون المولالية والثابت الإيبيليوسكوبي غير سلبية")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' حساب نقطة الغليان الجديدة لمحلول
16#'
17#' @param normal_boiling_point نقطة الغليان العادية للمذيب النقي بالدرجات المئوية
18#' @param molality المولالية للمحلول بالوحدات المولية/كغ
19#' @param ebullioscopic_constant الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب بالدرجات المئوية·كغ/مول
20#' @return نقطة الغليان الجديدة بالدرجات المئوية
21calculate_new_boiling_point <- function(normal_boiling_point, molality, ebullioscopic_constant) {
22 elevation <- calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
23 return(normal_boiling_point + elevation)
24}
25
26# استخدام المثال
27water_boiling_point <- 100.0 # °م
28salt_molality <- 1.0 # مول/كغ
29water_kb <- 0.512 # °م·كغ/مول
30
31elevation <- calculate_boiling_point_elevation(salt_molality, water_kb)
32new_boiling_point <- calculate_new_boiling_point(water_boiling_point, salt_molality, water_kb)
33
34cat(sprintf("ارتفاع نقطة الغليان: %.4f °م\n", elevation))
35cat(sprintf("نقطة الغليان الجديدة: %.4f °م\n", new_boiling_point))
36
ارتفاع نقطة الغليان هو الزيادة في درجة الحرارة التي تحدث عند إذابة مادة غير متطايرة في مذيب نقي. وهي تتناسب طرديًا مع تركيز جزيئات المادة المذابة وتعتبر خاصية كوليجاتية، مما يعني أنها تعتمد على عدد الجزيئات بدلاً من هويتها.
يتم حساب ارتفاع نقطة الغليان (ΔTb) باستخدام الصيغة ΔTb = Kb × m، حيث Kb هو الثابت الإيبيليوسكوبي للمذيب وm هو المولالية للمحلول (مولات المادة المذابة لكل كيلوغرام من المذيب).
الثابت الإيبيليوسكوبي (Kb) هو خاصية محددة لكل مذيب تربط بين المولالية للمحلول وارتفاع نقطة الغليان. يمثل ارتفاع نقطة الغليان عندما يكون للمحلول مولالية 1 مول/كغ. بالنسبة للماء، Kb هو 0.512 °م·كغ/مول.
تؤدي إضافة الملح إلى الماء إلى زيادة نقطة غليانه لأن أيونات الملح المذابة تتداخل مع قدرة جزيئات الماء على الهروب إلى الحالة البخارية. يتطلب ذلك المزيد من الطاقة الحرارية (درجة حرارة أعلى) لتحقيق الغليان. ولهذا السبب، يغلي الماء المملح لطهي المعكرونة عند درجة حرارة أعلى قليلاً.
بالنسبة للمحاليل المثالية، يعتمد ارتفاع نقطة الغليان فقط على عدد الجزيئات في المحلول، وليس على هويتها. ومع ذلك، بالنسبة للمركبات الأيونية مثل NaCl التي تتفكك إلى أيونات متعددة، يتم مضاعفة التأثير بعدد الأيونات المتكونة. يتم أخذ ذلك في الاعتبار بواسطة عامل فان هوف في الحسابات الأكثر تفصيلاً.
في الارتفاعات العالية، يغلي الماء عند درجات حرارة أقل بسبب الضغط الجوي المنخفض. إن إضافة الملح يرفع نقطة الغليان قليلاً، مما قد يحسن كفاءة الطهي بشكل طفيف، على الرغم من أن التأثير صغير مقارنة بتأثير الضغط. ولهذا السبب، يجب زيادة أوقات الطهي في الارتفاعات العالية.
نعم، يمكن استخدام قياس ارتفاع نقطة الغليان لمحلول يحتوي على كتلة معروفة من المادة المذابة لتحديد الوزن الجزيئي للمادة المذابة. تُعرف هذه التقنية باسم الإيبيليوسكوبية، وكانت مهمة تاريخيًا لتحديد الأوزان الجزيئية قبل استخدام الطرق الحديثة الطيفية.
كلاهما خاصيتان كوليجاتيتان تعتمد على تركيز المادة المذابة. يشير ارتفاع نقطة الغليان إلى الزيادة في درجة حرارة الغليان عند إضافة مواد مذابة، بينما يشير انخفاض نقطة التجمد إلى الانخفاض في درجة حرارة التجمد. يستخدم كل منهما صيغًا مشابهة ولكن ثوابت مختلفة (Kb لنقطة الغليان وKf لنقطة التجمد).
تكون الصيغة ΔTb = Kb × m دقيقة بشكل أكبر للمحاليل المخففة حيث تكون التفاعلات بين المواد المذابة ضئيلة. بالنسبة للمحاليل المركزة أو المحاليل ذات التفاعلات القوية بين المذيب والمادة المذابة، تحدث انحرافات عن السلوك المثالي، وقد تكون هناك حاجة إلى نماذج أكثر تعقيدًا.
لا، لا يمكن أن يكون ارتفاع نقطة الغليان سالبًا بالنسبة للمواد المذابة غير المتطايرة. تؤدي إضافة مادة مذابة غير متطايرة دائمًا إلى زيادة نقطة غليان المذيب. ومع ذلك، إذا كانت المادة المذابة متطايرة (لها ضغط بخار كبير خاص بها)، يصبح السلوك أكثر تعقيدًا ولا يتبع الصيغة البسيطة لارتفاع نقطة الغليان.
أتكينز، ب. ودي باولا، ج. (2014). الكيمياء الفيزيائية لأتكينز (الطبعة العاشرة). مطبعة جامعة أكسفورد.
تشانغ، ر. وغولدسبي، ك. أ. (2015). الكيمياء (الطبعة الثانية عشرة). مطبعة ماكغرو هيل.
بيتروتشي، ر. هـ. وهيرينغ، ف. ج. ومدورا، ج. د. وبيسونيت، س. (2016). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة (الطبعة الحادية عشرة). بيرسون.
ليفين، إ. ن. (2008). الكيمياء الفيزيائية (الطبعة السادسة). مطبعة ماكغرو هيل.
براون، ت. ل. وليماي، هـ. إ. وبورستين، ب. إ. ومورفي، ج. ج. وودوارد، ب. م. وستولزفوس، م. و. (2017). الكيمياء: العلم المركزي (الطبعة الرابعة عشرة). بيرسون.
سيلبرغ، م. س. وأماتيس، ب. (2014). الكيمياء: الطبيعة الجزيئية للمادة والتغيير (الطبعة السابعة). مطبعة ماكغرو هيل.
"ارتفاع نقطة الغليان." ويكيبيديا، مؤسسة ويكيميديا، https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation. تم الوصول إليه في 2 أغسطس 2024.
"الخصائص الكوليجاتية." ويكيبيديا، مؤسسة ويكيميديا، https://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_properties. تم الوصول إليه في 2 أغسطس 2024.
جرب حاسبة ارتفاع نقطة الغليان لدينا اليوم لتحديد كيف تؤثر المواد المذابة على نقطة غليان محاليلك بسرعة ودقة. سواء لأغراض تعليمية، أو عمل مختبري، أو تطبيقات عملية، توفر هذه الأداة نتائج فورية بناءً على مبادئ علمية راسخة.
اكتشف المزيد من الأدوات التي قد تكون مفيدة لسير عملك