Υπολογιστής Ανύψωσης Σημείου Ζέσεως | Δωρεάν Online Εργαλείο

Υπολογιστής ανύψωσης του σημείου ζέσης

Ένας υπολογιστής ανύψωσης του σημείου ζέσης βρίσκει πόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ζέσης ενός διαλύματος σε σχέση με τον καθαρό διαλύτη από τον οποίο παρασκευάζεται. Χρησιμοποιεί τη molality της διαλυμένης ουσίας, τη ζεσεοσκοπική σταθερά του διαλύτη και τον αριθμό των σωματιδίων στα οποία διασπάται κάθε μονάδα διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα.

Τι είναι η ανύψωση του σημείου ζέσης;

Η ανύψωση του σημείου ζέσης είναι η αύξηση της θερμοκρασίας ζέσης που παρατηρείται όταν μια διαλυμένη ουσία διαλύεται σε έναν διαλύτη. Το καθαρό νερό βράζει στους 100 °C υπό κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Το νερό στο οποίο έχει διαλυθεί αλάτι ή ζάχαρη βράζει σε λίγο υψηλότερη θερμοκρασία.

Το φαινόμενο συμβαίνει επειδή τα διαλυμένα σωματίδια εμποδίζουν τα μόρια του διαλύτη που προσπαθούν να διαφύγουν ως ατμός. Για να βράσει το υγρό απαιτείται περισσότερη θερμική ενέργεια, οπότε το σημείο ζέσης αυξάνεται.

Η ανύψωση του σημείου ζέσης είναι προσθετική ιδιότητα. Αυτό σημαίνει ότι εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα και όχι από το είδος των σωματιδίων. Ένα μόριο ζάχαρης και ένα μόριο άλατος αυξάνουν διαφορετικά το σημείο ζέσης μόνο επειδή το αλάτι διασπάται σε περισσότερα σωματίδια όταν διαλύεται, όχι επειδή οι δύο ουσίες διαφέρουν χημικά με κάποιον άλλο σχετικό τρόπο.

Πώς υπολογίζεται η ανύψωση του σημείου ζέσης

Ο τύπος είναι:

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

• ΔTb είναι η ανύψωση του σημείου ζέσης, σε °C.
• i είναι ο συντελεστής van 't Hoff, δηλαδή ο αριθμός των σωματιδίων που παράγει μία μονάδα διαλυμένης ουσίας όταν διαλύεται.
• Kb είναι η ζεσεοσκοπική σταθερά του διαλύτη, σε °C·kg/mol.
• m είναι η molality του διαλύματος: mol διαλυμένης ουσίας ανά χιλιόγραμμο διαλύτη, σε mol/kg.

Το νέο σημείο ζέσης του διαλύματος είναι το κανονικό σημείο ζέσης του διαλύτη συν αυτή την ανύψωση:

$T_b(\text{διάλυμα}) = T_b(\text{καθαρός διαλύτης}) + \Delta T_b$

Ο συντελεστής van 't Hoff

Μια διαλυμένη ουσία που παραμένει ως ακέραια μόρια στο διάλυμα, όπως η γλυκόζη ή η σακχαρόζη, έχει i = 1. Μια ιοντική ένωση που διασπάται, όπως το επιτραπέζιο αλάτι, έχει μεγαλύτερο i, επειδή κάθε τυπική μονάδα μετατρέπεται σε περισσότερα από ένα σωματίδια:

• i = 1: μη ηλεκτρολύτες, όπως η γλυκόζη και η σακχαρόζη, οι οποίοι δεν διασπώνται.
• i = 2: NaCl και KCl, που το καθένα διασπάται σε δύο ιόντα, για παράδειγμα Na⁺ και Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ και Na₂SO₄, που το καθένα διασπάται σε τρία ιόντα.

Αυτές είναι ιδανικές τιμές που υποθέτουν πλήρη διάσταση. Τα πραγματικά διαλύματα, ιδίως τα συμπυκνωμένα, διασπώνται σε ελαφρώς μικρότερο βαθμό, οπότε η μετρούμενη ανύψωση μπορεί να είναι λίγο μικρότερη από αυτήν που προβλέπει ο ιδανικός τύπος.

Ζεσεοσκοπικές σταθερές κοινών διαλυτών

Κάθε διαλύτης έχει τη δική του ζεσεοσκοπική σταθερά και το δικό του κανονικό σημείο ζέσης:

Λυμένο παράδειγμα

Παράδειγμα 1: ζάχαρη διαλυμένη σε νερό

Η ζάχαρη (σακχαρόζη) δεν διασπάται σε ιόντα στο νερό, επομένως i = 1.

• Διαλύτης: νερό, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, κανονικό σημείο ζέσης 100 °C
• Molality: 1,5 mol/kg
• Συντελεστής van 't Hoff: i = 1

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

Το διάλυμα βράζει στους 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Παράδειγμα 2: επιτραπέζιο αλάτι διαλυμένο σε νερό

Το επιτραπέζιο αλάτι (NaCl) διασπάται σε ένα ιόν νατρίου και ένα ιόν χλωριδίου, επομένως i = 2.

• Διαλύτης: νερό, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, κανονικό σημείο ζέσης 100 °C
• Molality: 1,5 mol/kg
• Συντελεστής van 't Hoff: i = 2

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

Το διάλυμα βράζει στους 100 + 1,536 = 101,536 °C. Στην ίδια molality, το αλάτι αυξάνει το σημείο ζέσης ακριβώς δύο φορές περισσότερο από έναν μη ηλεκτρολύτη, επειδή κάθε διαλυμένη μονάδα παράγει δύο σωματίδια αντί για ένα.

Πώς χρησιμοποιείται ο υπολογιστής

1. Εισαγάγετε τη molality του διαλύματος, σε mol/kg.
2. Εισαγάγετε τη ζεσεοσκοπική σταθερά του διαλύτη ή επιλέξτε έναν κοινό διαλύτη από τη λίστα για αυτόματη συμπλήρωση.
3. Εισαγάγετε τον συντελεστή van 't Hoff: 1 για μοριακή διαλυμένη ουσία, 2 για άλας όπως το NaCl, 3 για άλας όπως το CaCl₂.
4. Εισαγάγετε το κανονικό σημείο ζέσης του καθαρού διαλύτη, σε °C. Η επιλογή διαλύτη από τη λίστα το συμπληρώνει επίσης, επομένως για το νερό εμφανίζεται 100 °C και για το βενζόλιο 80,1 °C.
5. Διαβάστε την ανύψωση του σημείου ζέσης και το τελικό σημείο ζέσης του διαλύματος.

Η χειροκίνητη επεξεργασία της ζεσεοσκοπικής σταθεράς ή του σημείου ζέσης αφαιρεί τον διαλύτη που εμφανίζεται στη λίστα, ώστε ένας ονομασμένος διαλύτης να μην συνδυάζεται ποτέ με τις τιμές άλλου διαλύτη. Αν το σημείο ζέσης μείνει κενό, εξακολουθεί να υπολογίζεται η ανύψωση, αλλά το σημείο ζέσης του διαλύματος δεν μπορεί να υπολογιστεί χωρίς αυτό.

Αν η molality είναι μηδενική, η ανύψωση είναι μηδενική και το διάλυμα βράζει στο κανονικό σημείο ζέσης του διαλύτη. Δεν γίνονται δεκτές αρνητικές τιμές για τη molality, τη ζεσεοσκοπική σταθερά ή τον αριθμό σωματιδίων, καθώς κανένα από αυτά δεν μπορεί να είναι αρνητικό.

Γιατί έχει σημασία η ανύψωση του σημείου ζέσης

• Μαγείρεμα. Το αλατισμένο νερό βράζει σε λίγο υψηλότερη θερμοκρασία από το σκέτο νερό, αν και η μεταβολή είναι πολύ μικρή για να επηρεάσει αισθητά από μόνη της την ταχύτητα μαγειρέματος.
• Απόσταξη και χημική μηχανική. Η γνώση του τρόπου με τον οποίο οι διαλυμένες ουσίες μετατοπίζουν τα σημεία ζέσης βοηθά στον σχεδιασμό διεργασιών διαχωρισμού.
• Προσδιορισμός μοριακής μάζας. Η μέτρηση της ανύψωσης του σημείου ζέσης διαλύματος με γνωστή μάζα διαλυμένης ουσίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της molar μάζας της, με μια μέθοδο που ονομάζεται ζεσεοσκοπία.
• Αντιψυκτικά και συστήματα ψύξης. Η ίδια προσθετική αρχή που αυξάνει τα σημεία ζέσης μειώνει επίσης τα σημεία πήξης, γι’ αυτό τα μείγματα ψυκτικού χρησιμοποιούν διαλυμένες ουσίες για να διευρύνουν το εύρος υγρής φάσης του ρευστού.

Συναφείς προσθετικές ιδιότητες

Η ανύψωση του σημείου ζέσης είναι μία από αρκετές προσθετικές ιδιότητες:

• Ταπείνωση του σημείου πήξης: ΔTf = i × Kf × m, όπου Kf είναι η κρυοσκοπική σταθερά. Γι’ αυτό ρίχνεται αλάτι στους παγωμένους δρόμους.
• Ελάττωση της τάσης ατμών, η οποία περιγράφεται από τον νόμο του Raoult.
• Ωσμωτική πίεση, η οποία προκαλεί τη μετακίνηση νερού μέσω μεμβρανών στα βιολογικά κύτταρα.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η ανύψωση του σημείου ζέσης; Είναι η αύξηση της θερμοκρασίας ζέσης ενός υγρού που παρατηρείται όταν διαλυμένη ουσία διαλύεται σε αυτό. Είναι προσθετική ιδιότητα, επομένως εξαρτάται από τον αριθμό των διαλυμένων σωματιδίων και όχι από το από τι αποτελούνται.

Ποιος είναι ο τύπος για την ανύψωση του σημείου ζέσης; ΔTb = i × Kb × m, όπου i είναι ο συντελεστής van 't Hoff, Kb είναι η ζεσεοσκοπική σταθερά του διαλύτη και m είναι η molality του διαλύματος.

Τι είναι ο συντελεστής van 't Hoff; Είναι ο αριθμός των σωματιδίων που παράγει μία τυπική μονάδα της διαλυμένης ουσίας όταν διαλύεται. Οι μοριακές διαλυμένες ουσίες, όπως η ζάχαρη, έχουν i = 1. Τα άλατα που διασπώνται σε ιόντα έχουν μεγαλύτερες τιμές: i = 2 για το NaCl, i = 3 για το CaCl₂.

Γιατί το αλάτι αυξάνει το σημείο ζέσης του νερού περισσότερο από τη ζάχαρη; Στην ίδια molality, το NaCl παράγει διπλάσιο αριθμό διαλυμένων σωματιδίων από τη ζάχαρη, επειδή διασπάται σε δύο ιόντα. Εφόσον η ανύψωση του σημείου ζέσης εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων, η επίδραση του άλατος είναι περίπου διπλάσια.

Εξαρτάται η ανύψωση του σημείου ζέσης από τη διαλυμένη ουσία που χρησιμοποιείται; Μόνο από τον αριθμό των σωματιδίων που παράγει. Δύο διαφορετικοί μη ηλεκτρολύτες στην ίδια molality αυξάνουν το σημείο ζέσης κατά το ίδιο ποσό.

Μπορεί η ανύψωση του σημείου ζέσης να είναι αρνητική; Όχι, για μια μη πτητική διαλυμένη ουσία το σημείο ζέσης αυξάνεται πάντα και ποτέ δεν μειώνεται. Μια διαλυμένη ουσία που είναι η ίδια πτητική συμπεριφέρεται διαφορετικά και δεν καλύπτεται από αυτόν τον τύπο.