Zvýšení bodu varu | Volný online nástroj

Kalkulačka zvýšení bodu varu

Kalkulačka zvýšení bodu varu určuje, o kolik vyšší je teplota varu roztoku než teplota varu čistého rozpouštědla, z něhož je roztok připraven. Používá molalitu rozpuštěné látky, ebullioskopickou konstantu rozpouštědla a počet částic, na které se každá jednotka rozpuštěné látky v roztoku rozpadá.

Co je zvýšení bodu varu?

Zvýšení bodu varu je nárůst teploty varu, ke kterému dochází po rozpuštění rozpuštěné látky v rozpouštědle. Čistá voda vře při 100 °C za normálního atmosférického tlaku. Voda s rozpuštěnou solí nebo cukrem vře při poněkud vyšší teplotě.

Tento jev vzniká proto, že rozpuštěné částice ztěžují molekulám rozpouštědla únik do plynné fáze. K varu kapaliny je potřeba více tepelné energie, takže bod varu se zvyšuje.

Zvýšení bodu varu je koligativní vlastnost. To znamená, že závisí na počtu částic rozpuštěné látky v roztoku, nikoli na tom, o jaké částice jde. Molekula cukru a molekula soli zvyšují bod varu rozdílně pouze proto, že se sůl při rozpouštění rozpadá na více částic, nikoli proto, že se tyto dvě látky chemicky liší jiným relevantním způsobem.

Jak vypočítat zvýšení bodu varu

Vzorec je:

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

• ΔTb je zvýšení bodu varu v °C.
• i je van 't Hoffův faktor, tedy počet částic, na které se při rozpuštění rozpadne jedna jednotka rozpuštěné látky.
• Kb je ebullioskopická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol.
• m je molalita roztoku: látkové množství rozpuštěné látky na kilogram rozpouštědla, v mol/kg.

Nový bod varu roztoku se rovná normálnímu bodu varu rozpouštědla plus toto zvýšení:

$T_b(\text{roztok}) = T_b(\text{čisté rozpouštědlo}) + \Delta T_b$

Van 't Hoffův faktor

Rozpuštěná látka, která zůstává v roztoku ve formě celých molekul, například glukóza nebo sacharóza, má i = 1. Iontová sloučenina, která se rozpadá, například kuchyňská sůl, má vyšší hodnotu i, protože každá vzorcová jednotka vytváří více než jednu částici:

• i = 1: neelektrolyty, například glukóza a sacharóza, které se nerozpadají.
• i = 2: NaCl a KCl, z nichž každý disociuje na dva ionty, například Na⁺ a Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ a Na₂SO₄, z nichž každý disociuje na tři ionty.

Jde o ideální hodnoty, které předpokládají úplnou disociaci. Skutečné roztoky, zejména koncentrované, disociují o něco méně, takže naměřené zvýšení může být poněkud nižší, než předpovídá ideální vzorec.

Ebullioskopické konstanty běžných rozpouštědel

Každé rozpouštědlo má vlastní ebullioskopickou konstantu a vlastní normální bod varu:

Příklad výpočtu

Příklad 1: cukr rozpuštěný ve vodě

Cukr (sacharóza) se ve vodě nerozpadá na ionty, takže i = 1.

• Rozpouštědlo: voda, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normální bod varu 100 °C
• Molalita: 1,5 mol/kg
• Van 't Hoffův faktor: i = 1

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

Roztok vře při 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Příklad 2: kuchyňská sůl rozpuštěná ve vodě

Kuchyňská sůl (NaCl) se rozpadá na sodný ion a chloridový ion, takže i = 2.

• Rozpouštědlo: voda, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normální bod varu 100 °C
• Molalita: 1,5 mol/kg
• Van 't Hoffův faktor: i = 2

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

Roztok vře při 100 + 1,536 = 101,536 °C. Při stejné molalitě zvyšuje sůl teplotu varu přesně dvakrát tolik co neelektrolyt, protože každá rozpuštěná jednotka vytváří dvě částice místo jedné.

Jak používat kalkulačku

1. Zadejte molalitu roztoku v mol/kg.
2. Zadejte ebullioskopickou konstantu rozpouštědla nebo ze seznamu vyberte běžné rozpouštědlo, jehož hodnota se automaticky doplní.
3. Zadejte van 't Hoffův faktor: 1 pro molekulovou rozpuštěnou látku, 2 pro sůl, jako je NaCl, a 3 pro sůl, jako je CaCl₂.
4. Zadejte normální bod varu čistého rozpouštědla v °C. Výběrem rozpouštědla ze seznamu se tato hodnota také doplní, takže u vody se zobrazí 100 °C a u benzenu 80,1 °C.
5. Odečtěte zvýšení bodu varu a výsledný bod varu roztoku.

Ruční úprava ebullioskopické konstanty nebo bodu varu odstraní rozpouštědlo zobrazené v seznamu, takže pojmenované rozpouštědlo nikdy nebude spojeno s hodnotami jiného rozpouštědla. Pokud necháte bod varu prázdný, zvýšení se přesto vypočítá, ale bod varu roztoku bez této hodnoty určit nelze.

Je-li molalita nulová, zvýšení je nulové a roztok vře při normálním bodu varu rozpouštědla. Záporné hodnoty nejsou pro molalitu, ebullioskopickou konstantu ani počet částic přijímány, protože žádná z těchto veličin nemůže být záporná.

Proč na zvýšení bodu varu záleží

• Vaření. Osolená voda vře při poněkud vyšší teplotě než neosolená voda, změna je však příliš malá na to, aby sama o sobě znatelně ovlivnila rychlost vaření.
• Destilace a chemické inženýrství. Znalost toho, jak rozpuštěné látky posouvají body varu, pomáhá při navrhování separačních procesů.
• Určování molekulové hmotnosti. Měření zvýšení bodu varu roztoku se známou hmotností rozpuštěné látky lze použít k odhadu molární hmotnosti rozpuštěné látky; tato metoda se nazývá ebullioskopie.
• Nemrznoucí směsi a chladicí systémy. Stejný koligativní princip, který zvyšuje teplotu varu, zároveň snižuje teplotu tuhnutí, a proto chladicí směsi používají rozpuštěné látky k rozšíření teplotního rozsahu, v němž kapalina zůstává v kapalném stavu.

Související koligativní vlastnosti

Zvýšení bodu varu je jednou z několika koligativních vlastností:

• Snížení bodu tuhnutí: ΔTf = i × Kf × m, kde Kf je kryoskopická konstanta. Proto se na zledovatělé silnice sype sůl.
• Snížení tenze par, které popisuje Raoultův zákon.
• Osmotický tlak, který pohání pohyb vody přes membrány v biologických buňkách.

Často kladené otázky

Co je zvýšení bodu varu? Jde o nárůst teploty varu kapaliny, ke kterému dochází po rozpuštění rozpuštěné látky. Je to koligativní vlastnost, takže závisí na počtu rozpuštěných částic, nikoli na tom, z čeho se skládají.

Jaký je vzorec pro zvýšení bodu varu? ΔTb = i × Kb × m, kde i je van 't Hoffův faktor, Kb je ebullioskopická konstanta rozpouštědla a m je molalita roztoku.

Co je van 't Hoffův faktor? Je to počet částic, které při rozpuštění vytváří jedna vzorcová jednotka rozpuštěné látky. Molekulové rozpuštěné látky, jako je cukr, mají i = 1. Soli, které se rozpadají na ionty, mají vyšší hodnoty: i = 2 pro NaCl, i = 3 pro CaCl₂.

Proč sůl zvyšuje bod varu vody více než cukr? Při stejné molalitě vytváří NaCl dvakrát více rozpuštěných částic než cukr, protože se rozpadá na dva ionty. Jelikož zvýšení bodu varu závisí na počtu částic, účinek soli je přibližně dvakrát větší.

Závisí zvýšení bodu varu na použité rozpuštěné látce? Pouze prostřednictvím počtu částic, které vytváří. Dva různé neelektrolyty se stejnou molalitou zvýší bod varu o stejnou hodnotu.

Může být zvýšení bodu varu záporné? Ne, u netěkavé rozpuštěné látky bod varu vždy stoupá, nikdy neklesá. Rozpuštěná látka, která je sama těkavá, se chová jinak a tento vzorec se na ni nevztahuje.