حاسبة ارتفاع درجة الغليان | أداة مجانية عبر الإنترنت

حاسبة ارتفاع درجة الغليان

تحدد حاسبة ارتفاع درجة الغليان مقدار ارتفاع درجة غليان المحلول مقارنةً بالمذيب النقي الذي تكوَّن منه. وتستخدم مولالية المادة المذابة، وثابت ارتفاع درجة غليان المذيب، وعدد الجسيمات التي تنفصل إليها كل وحدة من المذاب في المحلول.

ما ارتفاع درجة الغليان؟

ارتفاع درجة الغليان هو الزيادة في درجة حرارة الغليان التي تحدث عند إذابة مذاب في مذيب. يغلي الماء النقي عند 100 °م تحت الضغط الجوي المعتاد. أما الماء المذاب فيه الملح أو السكر فيغلي عند درجة أعلى قليلًا.

يحدث هذا التأثير لأن الجسيمات المذابة تعيق جزيئات المذيب التي تحاول الهروب إلى الحالة البخارية. وتلزم طاقة حرارية أكبر لغلي السائل، لذلك ترتفع درجة الغليان.

ارتفاع درجة الغليان خاصية جامعة. وهذا يعني أنه يعتمد على عدد جسيمات المذاب الموجودة في المحلول، لا على ماهية هذه الجسيمات. يرفع جزيء السكر وجزيء الملح درجة الغليان بمقدارين مختلفين فقط لأن الملح ينفصل إلى عدد أكبر من الجسيمات عند ذوبانه، وليس لأن المادتين مختلفتان كيميائيًا بطريقة أخرى ذات صلة.

كيفية حساب ارتفاع درجة الغليان

الصيغة هي:

$\Delta T_b = i \times K_b \times m$

• ΔTb هو ارتفاع درجة الغليان، بوحدة °C.
• i هو معامل فانتهوف، أي عدد الجسيمات التي تنتجها وحدة واحدة من المذاب عند ذوبانها.
• Kb هو ثابت ارتفاع درجة غليان المذيب، بوحدة °C·كغ/مول.
• m هي مولالية المحلول: عدد مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب، بوحدة مول/كغ.

درجة غليان المحلول الجديدة تساوي درجة غليان المذيب المعتادة مضافًا إليها هذا الارتفاع:

$T_b(\text{المحلول}) = T_b(\text{المذيب النقي}) + \Delta T_b$

معامل فانتهوف

يكون للمذاب الذي يبقى في المحلول على هيئة جزيئات كاملة، مثل الغلوكوز أو السكروز، معامل i = 1. أما المركب الأيوني الذي ينفصل، مثل ملح الطعام، فله معامل i أعلى لأن كل وحدة صيغة تتحول إلى أكثر من جسيم واحد:

• i = 1: مواد غير إلكتروليتية، مثل الغلوكوز والسكروز، لا تنفصل إلى أجزاء.
• i = 2: NaCl وKCl، إذ ينفصل كل منهما إلى أيونين، مثل Na⁺ وCl⁻.
• i = 3: CaCl₂ وNa₂SO₄، إذ ينفصل كل منهما إلى ثلاثة أيونات.

هذه قيم مثالية تفترض التفكك الكامل. أما المحاليل الحقيقية، ولا سيما المركزة منها، فتتفكك بدرجة أقل قليلًا، لذلك قد يكون الارتفاع المقاس أقل قليلًا مما تتنبأ به الصيغة المثالية.

ثوابت ارتفاع درجة الغليان للمذيبات الشائعة

لكل مذيب ثابت خاص لارتفاع درجة الغليان ودرجة غليان معتادة خاصة به:

مثال محلول

مثال 1: إذابة السكر في الماء

لا ينفصل السكر (السكروز) إلى أيونات في الماء، لذلك i = 1.

• المذيب: الماء، $K_b$ = 0.512 °م·كغ/مول، ودرجة الغليان المعتادة 100 °م
• المولالية: 1.5 mol/كغ
• معامل فانتهوف: i = 1

$\Delta T_b = 1 \times 0.512 \times 1.5 = 0.768\ °C$

يغلي المحلول عند 100 + 0.768 = 100.768 °م.

مثال 2: إذابة ملح الطعام في الماء

ينفصل ملح الطعام (NaCl) إلى أيون صوديوم وأيون كلوريد، لذلك i = 2.

• المذيب: الماء، $K_b$ = 0.512 °م·كغ/مول، ودرجة الغليان المعتادة 100 °م
• المولالية: 1.5 mol/كغ
• معامل فانتهوف: i = 2

$\Delta T_b = 2 \times 0.512 \times 1.5 = 1.536\ °C$

يغلي المحلول عند 100 + 1.536 = 101.536 °م. عند المولالية نفسها، يرفع الملح درجة الغليان ضعف ما يرفعها غير الإلكتروليت تمامًا، لأن كل وحدة مذابة تنتج جسيمين بدلًا من جسيم واحد.

كيفية استخدام الآلة الحاسبة

1. أدخل مولالية المحلول بوحدة مول/كغ.
2. أدخل ثابت ارتفاع درجة غليان المذيب، أو اختر مذيبًا شائعًا من القائمة لإدخاله تلقائيًا.
3. أدخل معامل فانتهوف: 1 لمذاب جزيئي، و2 لملح مثل NaCl، و3 لملح مثل CaCl₂.
4. أدخل درجة الغليان المعتادة للمذيب النقي بوحدة °C. ويؤدي اختيار مذيب من القائمة إلى ملء هذه القيمة أيضًا؛ فالماء يعطي 100 °م والبنزين يعطي 80.1 °م.
5. اقرأ ارتفاع درجة الغليان ودرجة الغليان الناتجة للمحلول.

يؤدي تعديل ثابت ارتفاع درجة الغليان أو درجة الغليان يدويًا إلى إزالة المذيب الظاهر في القائمة، لذلك لا يُقرن مذيب مسمّى قط بأرقام مذيب آخر. ويؤدي ترك درجة الغليان فارغة إلى حساب الارتفاع، لكن لا يمكن حساب درجة غليان المحلول من دونها.

إذا كانت المولالية صفرًا، يكون الارتفاع صفرًا ويغلي المحلول عند درجة الغليان المعتادة للمذيب. ولا تُقبل القيم السالبة للمولالية أو ثابت ارتفاع درجة الغليان أو عدد الجسيمات، إذ لا يمكن لأي منها أن يكون سالبًا.

أهمية ارتفاع درجة الغليان

• الطهي. يغلي الماء المملح عند درجة أعلى قليلًا من الماء العادي، لكن التغير صغير جدًا بحيث لا يؤثر بوضوح في سرعة الطهي بمفرده.
• التقطير والهندسة الكيميائية. يساعد فهم كيفية تغيير المذابات لدرجات الغليان في تصميم عمليات الفصل.
• تحديد الكتلة المولية. يمكن استخدام قياس ارتفاع درجة غليان محلول ذي كتلة معلومة من المذاب لتقدير الكتلة المولية للمذاب، وتُسمى هذه الطريقة قياس ارتفاع درجة الغليان.
• أنظمة مانع التجمد وسوائل التبريد. المبدأ الجامع نفسه الذي يرفع درجات الغليان يخفض درجات التجمد أيضًا، ولذلك تستخدم مخاليط التبريد مذابات ذائبة لتوسيع نطاق الحالة السائلة للسائل.

الخواص الجامعة ذات الصلة

ارتفاع درجة الغليان واحد من عدة خواص جامعة:

• انخفاض درجة التجمد: ΔTf = i × Kf × m، حيث Kf هو الثابت الكريوسكوبي. ولهذا يُنثر الملح على الطرق الجليدية.
• انخفاض ضغط البخار، ويصفه قانون راوولت.
• الضغط الأسموزي، الذي يدفع الماء إلى الانتقال عبر الأغشية في الخلايا البيولوجية.

الأسئلة الشائعة

ما ارتفاع درجة الغليان؟ هو الزيادة في درجة حرارة غليان السائل التي تحدث عند إذابة مذاب فيه. وهو خاصية جامعة، لذلك يعتمد على عدد الجسيمات المذابة لا على ماهية هذه الجسيمات.

ما صيغة ارتفاع درجة الغليان؟ ΔTb = i × Kb × m، حيث i هو معامل فانتهوف، وKb هو ثابت ارتفاع درجة غليان المذيب، وm هي مولالية المحلول.

ما معامل فانتهوف؟ هو عدد الجسيمات التي تنتجها وحدة صيغة واحدة من المذاب عند ذوبانها. للمذابات الجزيئية مثل السكر i = 1. أما الأملاح التي تنفصل إلى أيونات فلها قيم أعلى: i = 2 لـ NaCl، وi = 3 لـ CaCl₂.

لماذا يرفع الملح درجة غليان الماء أكثر من السكر؟ عند المولالية نفسها، ينتج NaCl ضعف عدد الجسيمات المذابة التي ينتجها السكر لأنه ينفصل إلى أيونين. وبما أن ارتفاع درجة الغليان يعتمد على عدد الجسيمات، يكون تأثير الملح أكبر بنحو الضعف.

هل يعتمد ارتفاع درجة الغليان على نوع المذاب المستخدم؟ يعتمد فقط على عدد الجسيمات التي ينتجها. يرفع مذابان مختلفان غير إلكتروليتيين، عند المولالية نفسها، درجة الغليان بالمقدار نفسه.

هل يمكن أن يكون ارتفاع درجة الغليان سالبًا؟ لا، فبالنسبة إلى مذاب غير متطاير ترتفع درجة الغليان دائمًا ولا تنخفض قط. أما المذاب المتطاير بحد ذاته فيتصرف بطريقة مختلفة، ولا تغطيه هذه الصيغة.