Калкулатор за повишаване точката на кипене | Безплатен онлайн инструмент

Калкулатор за повишаване на температурата на кипене

Калкулаторът за повишаване на температурата на кипене определя с колко по-висока температура кипи разтворът в сравнение с чистия разтворител, от който е приготвен. Той използва молалността на разтвореното вещество, ебулиоскопската константа на разтворителя и броя частици, на които се разделя всяка единица разтворено вещество в разтвора.

Какво представлява повишаването на температурата на кипене?

Повишаването на температурата на кипене е увеличението на температурата на кипене, което настъпва, когато разтворено вещество се разтвори в разтворител. Чистата вода кипи при 100 °C при нормално атмосферно налягане. Водата с разтворена сол или захар кипи при малко по-висока температура.

Ефектът се дължи на това, че разтворените частици пречат на молекулите на разтворителя да преминат в пара. За кипването на течността е необходима повече топлинна енергия, затова температурата на кипене се повишава.

Повишаването на температурата на кипене е колигативно свойство. Това означава, че то зависи от броя частици на разтвореното вещество в разтвора, а не от вида на частиците. Молекула захар и молекула сол повишават температурата на кипене по различен начин само защото солта се разделя на повече частици при разтваряне, а не защото двете вещества се различават химически по друг съществен за случая начин.

Как се изчислява повишаването на температурата на кипене

Формулата е:

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

• ΔTb е повишаването на температурата на кипене в °C.
• i е факторът на ван ’т Хоф — броят частици, които една единица разтворено вещество образува при разтваряне.
• Kb е ебулиоскопската константа на разтворителя в °C·kg/mol.
• m е молалността на разтвора: моловете разтворено вещество на килограм разтворител, в mol/kg.

Новата температура на кипене на разтвора е нормалната температура на кипене на разтворителя плюс това повишение:

$T_b(\text{разтвор}) = T_b(\text{чист разтворител}) + \Delta T_b$

Факторът на ван ’т Хоф

Разтворено вещество, което остава като цели молекули в разтвора, например глюкоза или захароза, има i = 1. Йонно съединение, което се разделя на частици, например готварска сол, има по-висока стойност на i, защото всяка формулна единица се превръща в повече от една частица:

• i = 1: неелектролити, например глюкоза и захароза, които не се разделят.
• i = 2: NaCl и KCl, като всяко от тях се разделя на два йона, например Na⁺ и Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ и Na₂SO₄, като всяко от тях се разделя на три йона.

Това са идеални стойности, които предполагат пълна дисоциация. Реалните разтвори, особено концентрираните, се дисоциират малко по-слабо, така че измереното повишение може да е малко по-ниско от предвиденото от идеалната формула.

Ебулиоскопски константи на често използвани разтворители

Всеки разтворител има собствена ебулиоскопска константа и собствена нормална температура на кипене:

Пример с решение

Пример 1: захар, разтворена във вода

Захарта (захарозата) не се разделя на йони във вода, затова i = 1.

• Разтворител: вода, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, нормална температура на кипене 100 °C
• Молалност: 1,5 mol/kg
• Фактор на ван ’т Хоф: i = 1

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

Разтворът кипи при 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Пример 2: готварска сол, разтворена във вода

Готварската сол (NaCl) се разделя на натриев йон и хлориден йон, затова i = 2.

• Разтворител: вода, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, нормална температура на кипене 100 °C
• Молалност: 1,5 mol/kg
• Фактор на ван ’т Хоф: i = 2

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

Разтворът кипи при 100 + 1,536 = 101,536 °C. При същата молалност солта повишава температурата на кипене точно два пъти повече от неелектролит, защото всяка разтворена единица образува две частици вместо една.

Как се използва калкулаторът

1. Въведете молалността на разтвора в mol/kg.
2. Въведете ебулиоскопската константа на разтворителя или изберете често използван разтворител от списъка, за да я попълните автоматично.
3. Въведете фактора на ван ’т Хоф: 1 за молекулно разтворено вещество, 2 за сол като NaCl, 3 за сол като CaCl₂.
4. Въведете нормалната температура на кипене на чистия разтворител в °C. Избирането на разтворител от списъка попълва и това поле, така че за водата се задава 100 °C, а за бензена — 80,1 °C.
5. Отчетете повишаването на температурата на кипене и получената температура на кипене на разтвора.

Ръчното редактиране на ебулиоскопската константа или температурата на кипене премахва показания в списъка разтворител, така че даден разтворител никога да не се свързва със стойностите на друг разтворител. Ако температурата на кипене остане празна, повишението все пак се изчислява, но температурата на кипене на разтвора не може да бъде определена без нея.

Ако молалността е нула, повишението е нула и разтворът кипи при нормалната температура на кипене на разтворителя. Отрицателни стойности не се приемат за молалността, ебулиоскопската константа или броя частици, тъй като никоя от тези величини не може да бъде отрицателна.

Защо повишаването на температурата на кипене е важно

• Готвене. Подсолената вода кипи при малко по-висока температура от неподсолената, макар че промяната е твърде малка, за да повлияе осезаемо сама по себе си на скоростта на готвене.
• Дестилация и химично инженерство. Познаването на измененията на температурите на кипене, причинени от разтворените вещества, помага при проектирането на процеси за разделяне.
• Определяне на молекулна маса. Измерването на повишаването на температурата на кипене на разтвор с известна маса разтворено вещество може да се използва за оценка на моларната му маса; този метод се нарича ебулиоскопия.
• Антифриз и охладителни системи. Същият колигативен принцип, който повишава температурите на кипене, понижава температурите на замръзване. Затова охладителните смеси използват разтворени вещества, за да разширят температурния диапазон, в който течността остава течна.

Свързани колигативни свойства

Повишаването на температурата на кипене е едно от няколкото колигативни свойства:

• Понижаване на температурата на замръзване: ΔTf = i × Kf × m, където Kf е криоскопската константа. Затова сол се разпръсква по заледените пътища.
• Понижаване на налягането на парите, описано със закона на Раул.
• Осмотично налягане, което предизвиква движението на водата през мембраните в биологичните клетки.

Често задавани въпроси

Какво представлява повишаването на температурата на кипене? Това е увеличението на температурата на кипене на течност, което настъпва, когато в нея се разтвори разтворено вещество. То е колигативно свойство и зависи от броя на разтворените частици, а не от това от какво са изградени.

Каква е формулата за повишаването на температурата на кипене? ΔTb = i × Kb × m, където i е факторът на ван ’т Хоф, Kb е ебулиоскопската константа на разтворителя, а m е молалността на разтвора.

Какво представлява факторът на ван ’т Хоф? Това е броят частици, които една формулна единица разтворено вещество образува при разтваряне. Молекулните разтворени вещества, като захарта, имат i = 1. Солите, които се разделят на йони, имат по-високи стойности: i = 2 за NaCl, i = 3 за CaCl₂.

Защо солта повишава температурата на кипене на водата повече от захарта? При една и съща молалност NaCl образува два пъти повече разтворени частици от захарта, защото се разделя на два йона. Тъй като повишаването на температурата на кипене зависи от броя частици, ефектът на солта е приблизително два пъти по-голям.

Зависи ли повишаването на температурата на кипене от използваното разтворено вещество? Само чрез броя частици, които то образува. Два различни неелектролита с една и съща молалност повишават температурата на кипене с еднаква стойност.

Може ли повишаването на температурата на кипене да бъде отрицателно? Не, за нелетливо разтворено вещество температурата на кипене винаги се повишава и никога не спада. Разтворено вещество, което само по себе си е летливо, се държи различно и не е обхванато от тази формула.