Vypočítejte, o kolik solut zvyšuje bod varu rozpouštědla pomocí molality a hodnot ebuliometrické konstanty. Nezbytné pro chemii, chemické inženýrství a potravinářství.
Vypočítejte zvýšení bodu varu roztoku na základě molality solutu a ebullioskopické konstanty rozpouštědla.
Koncentrace solutu v molech na kilogram rozpouštědla.
Vlastnost rozpouštědla, která spojuje molalitu se zvýšením bodu varu.
Vyberte běžné rozpouštědlo, abyste automaticky nastavili jeho ebullioskopickou konstantu.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °C
Zvýšení bodu varu je koligativní vlastnost, která nastává, když je do čistého rozpouštědla přidán nevolatilní solut. Přítomnost solutu způsobuje, že bod varu roztoku je vyšší než bod varu čistého rozpouštědla.
Vzorec ΔTb = Kb × m spojuje zvýšení bodu varu (ΔTb) s molalitou roztoku (m) a ebullioskopickou konstantou (Kb) rozpouštědla.
Běžné ebullioskopické konstanty: Voda (0.512 °C·kg/mol), Ethanol (1.22 °C·kg/mol), Benzen (2.53 °C·kg/mol), Kyselina octová (3.07 °C·kg/mol).
Zvýšení bodu varu je základní koligativní vlastnost, která nastává, když je do čistého rozpouštědla přidán nevolatilní solut. Kalkulátor zvýšení bodu varu pomáhá určit, o kolik se bod varu roztoku zvyšuje ve srovnání s čistým rozpouštědlem. Tento jev je kritický v různých oblastech, včetně chemie, chemického inženýrství, potravinářství a farmaceutické výroby.
Když přidáte solut (například sůl nebo cukr) do čistého rozpouštědla (například vody), bod varu vzniklého roztoku se stává vyšším než bod varu čistého rozpouštědla. K tomu dochází, protože rozpuštěné částice solutu narušují schopnost rozpouštědla uniknout do parní fáze, což vyžaduje více tepelné energie (vyšší teplotu) k dosažení varu.
Náš kalkulátor implementuje standardní vzorec pro zvýšení bodu varu (ΔTb = Kb × m), což poskytuje snadný způsob, jak tuto důležitou vlastnost vypočítat bez složitých ručních výpočtů. Ať už jste student, který studuje koligativní vlastnosti, výzkumník pracující s roztoky, nebo inženýr navrhující destilační procesy, tento nástroj nabízí rychlý a přesný způsob, jak určit zvýšení bodu varu.
Zvýšení bodu varu (ΔTb) se vypočítává pomocí jednoduchého, ale mocného vzorce:
Kde:
Tento vzorec funguje, protože zvýšení bodu varu je přímo úměrné koncentraci částic solutu v roztoku. Ebuliometrická konstanta (Kb) slouží jako koeficient proporcionality, který spojuje molalitu s aktuálním nárůstem teploty.
Různá rozpouštědla mají různé ebuliometrické konstanty, které odrážejí jejich jedinečné molekulární vlastnosti:
| Rozpouštědlo | Ebuliometrická konstanta (Kb) | Normální bod varu |
|---|---|---|
| Voda | 0.512 °C·kg/mol | 100.0 °C |
| Ethanol | 1.22 °C·kg/mol | 78.37 °C |
| Benzen | 2.53 °C·kg/mol | 80.1 °C |
| Kyselina octová | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
| Cyklohexan | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
| Chloroform | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
Vzorec pro zvýšení bodu varu je odvozen z termodynamických principů. Při bodu varu se chemický potenciál rozpouštědla v kapalné fázi rovná tomu ve fázi páry. Když je přidán solut, snižuje chemický potenciál rozpouštědla v kapalné fázi, což vyžaduje vyšší teplotu k vyrovnání potenciálů.
Pro zředěné roztoky lze tento vztah vyjádřit jako:
Kde:
Termín je konsolidován do ebuliometrické konstanty (Kb), což nám dává náš zjednodušený vzorec.
Náš kalkulátor usnadňuje určení zvýšení bodu varu roztoku. Postupujte podle těchto kroků:
Zadejte molalitu (m) vašeho roztoku v mol/kg
Zadejte ebuliometrickou konstantu (Kb) vašeho rozpouštědla v °C·kg/mol
Zobrazte výsledek
Kopírujte výsledek pokud je potřeba pro vaše záznamy nebo výpočty
Kalkulátor také poskytuje vizuální znázornění zvýšení bodu varu, které ukazuje rozdíl mezi bodem varu čistého rozpouštědla a zvýšeným bodem varu roztoku.
Pojďme projít příkladem:
Použitím vzorce ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
Proto by bod varu tohoto solného roztoku byl 100.768 °C (ve srovnání s 100 °C pro čistou vodu).
Kalkulátor se vypořádává s několika zvláštními případy:
Zvýšení bodu varu je zásadní v:
Princip se uplatňuje v:
Zvýšení bodu varu je důležité v:
Aplikace zahrnují:
Ve vysokých nadmořských výškách voda vaří při nižších teplotách kvůli sníženému atmosférickému tlaku. Aby se kompenzovalo:
Například ve výšce 5 000 stop voda vaří přibližně při 95 °C. Přidání 1 mol/kg soli by tuto teplotu zvýšilo na přibližně 95.5 °C, což by mírně zlepšilo účinnost vaření.
Zvýšení bodu varu je jednou z několika koligativních vlastností, které závisí na koncentraci částic solutu spíše než na jejich identitě. Další související vlastnosti zahrnují:
Snížení bodu mrazu: Snížení bodu mrazu při přidání solutů do rozpouštědla
Snížení parního tlaku: Snížení parního tlaku rozpouštědla v důsledku rozpuštěných solutů
Osmotický tlak: Tlak potřebný k zamezení toku rozpouštědla přes semipermeabilní membránu
Každá z těchto vlastností poskytuje různé pohledy na chování roztoků a může být vhodnější v závislosti na konkrétní aplikaci.
Fenomen zvýšení bodu varu byl pozorován po staletí, ačkoli jeho vědecké pochopení se vyvinulo nedávno:
Systematické studium zvýšení bodu varu začalo v 19. století:
Ve 20. a 21. století se porozumění zvýšení bodu varu uplatnilo v mnoha technologiích:
Matematický vztah mezi koncentrací a zvýšením bodu varu zůstal konzistentní, i když naše porozumění molekulárním mechanismům se prohloubilo s pokroky v fyzikální chemii a termodynamice.
1' Excel vzorec pro výpočet zvýšení bodu varu
2=B2*C2
3' Kde B2 obsahuje ebuliometrickou konstantu (Kb)
4' a C2 obsahuje molalitu (m)
5
6' Pro výpočet nového bodu varu:
7=D2+E2
8' Kde D2 obsahuje normální bod varu rozpouštědla
9' a E2 obsahuje vypočítané zvýšení bodu varu
101def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 Vypočítá zvýšení bodu varu roztoku.
4
5 Parametry:
6 molality (float): Molalita roztoku v mol/kg
7 ebullioscopic_constant (float): Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
8
9 Návratová hodnota:
10 float: Zvýšení bodu varu v °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("Molalita a ebuliometrická konstanta musí být nezáporné")
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 Vypočítá nový bod varu roztoku.
21
22 Parametry:
23 normal_boiling_point (float): Normální bod varu čistého rozpouštědla v °C
24 molality (float): Molalita roztoku v mol/kg
25 ebullioscopic_constant (float): Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
26
27 Návratová hodnota:
28 float: Nový bod varu v °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# Příklad použití
34water_boiling_point = 100.0 # °C
35salt_molality = 1.0 # mol/kg
36water_kb = 0.512 # °C·kg/mol
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"Zvýšení bodu varu: {elevation:.4f} °C")
42print(f"Nový bod varu: {new_boiling_point:.4f} °C")
431/**
2 * Vypočítá zvýšení bodu varu roztoku.
3 * @param {number} molality - Molalita roztoku v mol/kg
4 * @param {number} ebullioscopicConstant - Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
5 * @returns {number} Zvýšení bodu varu v °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("Molalita a ebuliometrická konstanta musí být nezáporné");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * Vypočítá nový bod varu roztoku.
17 * @param {number} normalBoilingPoint - Normální bod varu čistého rozpouštědla v °C
18 * @param {number} molality - Molalita roztoku v mol/kg
19 * @param {number} ebullioscopicConstant - Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
20 * @returns {number} Nový bod varu v °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// Příklad použití
28const waterBoilingPoint = 100.0; // °C
29const sugarMolality = 0.5; // mol/kg
30const waterKb = 0.512; // °C·kg/mol
31
32const elevation = calculateBoilingPointElevation(sugarMolality, waterKb);
33const newBoilingPoint = calculateNewBoilingPoint(waterBoilingPoint, sugarMolality, waterKb);
34
35console.log(`Zvýšení bodu varu: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`Nový bod varu: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
371#' Vypočítá zvýšení bodu varu roztoku
2#'
3#' @param molality Molalita roztoku v mol/kg
4#' @param ebullioscopic_constant Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
5#' @return Zvýšení bodu varu v °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("Molalita a ebuliometrická konstanta musí být nezáporné")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' Vypočítá nový bod varu roztoku
16#'
17#' @param normal_boiling_point Normální bod varu čistého rozpouštědla v °C
18#' @param molality Molalita roztoku v mol/kg
19#' @param ebullioscopic_constant Ebuliometrická konstanta rozpouštědla v °C·kg/mol
20#' @return Nový bod varu v °C
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# Příklad použití
27water_boiling_point <- 100.0 # °C
28salt_molality <- 1.0 # mol/kg
29water_kb <- 0.512 # °C·kg/mol
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("Zvýšení bodu varu: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("Nový bod varu: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36Zvýšení bodu varu je nárůst teploty varu, který nastává, když je do čistého rozpouštědla přidán nevolatilní solut. Je to přímo úměrné koncentraci částic solutu a je to koligativní vlastnost, což znamená, že závisí na počtu částic, nikoli na jejich identitě.
Zvýšení bodu varu (ΔTb) se vypočítává pomocí vzorce ΔTb = Kb × m, kde Kb je ebuliometrická konstanta rozpouštědla a m je molalita roztoku (molů solutu na kilogram rozpouštědla).
Ebuliometrická konstanta (Kb) je vlastnost specifická pro každé rozpouštědlo, která spojuje molalitu roztoku se zvýšením jeho bodu varu. Představuje zvýšení bodu varu, když má roztok molalitu 1 mol/kg. Pro vodu je Kb 0.512 °C·kg/mol.
Přidání soli do vody zvyšuje její bod varu, protože rozpuštěné ionty soli narušují schopnost molekul vody uniknout do parní fáze. To vyžaduje více tepelné energie (vyšší teplotu) k dosažení varu. Proto vařená slaná voda vaří při mírně vyšší teplotě.
Pro ideální roztoky závisí zvýšení bodu varu pouze na počtu částic v roztoku, nikoli na jejich identitě. Nicméně u iontových sloučenin, jako je NaCl, které se disociují na více iontů, je efekt násoben počtem vytvořených iontů. To je zohledněno faktorem van 't Hoffa v podrobnějších výpočtech.
Ve vysokých nadmořských výškách voda vaří při nižších teplotách kvůli sníženému atmosférickému tlaku. Přidání soli mírně zvyšuje bod varu, což může mírně zlepšit účinnost vaření, i když je efekt malý ve srovnání s tlakem. Proto je třeba při vaření ve vysokých nadmořských výškách prodloužit dobu vaření.
Ano, měření zvýšení bodu varu roztoku s známou hmotností solutu lze použít k určení molární hmotnosti solutu. Tato technika, známá jako ebulliometrie, byla historicky důležitá pro určování molárních hmotností před moderními spektroskopickými metodami.
Obě jsou koligativní vlastnosti, které závisí na koncentraci solutů. Zvýšení bodu varu se týká nárůstu teploty varu při přidání solutů, zatímco snížení bodu mrazu se týká poklesu teploty tání. Používají podobné vzorce, ale různé konstanty (Kb pro bod varu a Kf pro bod mrazu).
Vzorec ΔTb = Kb × m je nejpřesnější pro zředěné roztoky, kde jsou interakce solutů a solutů minimální. U koncentrovaných roztoků nebo roztoků se silnými interakcemi solutů a rozpouštědel mohou nastat odchylky od ideálního chování a mohou být potřebné složitější modely.
Ne, zvýšení bodu varu nemůže být záporné pro nevolatilní soluty. Přidání nevolatilního solutu vždy zvyšuje bod varu rozpouštědla. Pokud je však solut volatilní (má svůj vlastní významný parní tlak), chování se stává složitějším a neřídí se jednoduchým vzorcem pro zvýšení bodu varu.
Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkinsova fyzikální chemie (10. vydání). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemie (12. vydání). McGraw-Hill Education.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). Obecná chemie: Principy a moderní aplikace (11. vydání). Pearson.
Levine, I. N. (2008). Fyzikální chemie (6. vydání). McGraw-Hill Education.
Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. W. (2017). Chemie: Centrální věda (14. vydání). Pearson.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2014). Chemie: Molekulární povaha hmoty a změny (7. vydání). McGraw-Hill Education.
"Zvýšení bodu varu." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation. Přístup 2. srpna 2024.
"Koligativní vlastnosti." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_properties. Přístup 2. srpna 2024.
Vyzkoušejte náš kalkulátor zvýšení bodu varu ještě dnes a rychle a přesně určete, jak rozpuštěné soluty ovlivňují bod varu vašich roztoků. Ať už pro vzdělávací účely, laboratorní práci nebo praktické aplikace, tento nástroj poskytuje okamžité výsledky založené na zavedených vědeckých principech.
Objevte další nástroje, které by mohly být užitečné pro vaši pracovní postup.