محاسبه کنید که چگونه یک حلّال نقطه جوش یک حلال را با استفاده از مولالیته و مقادیر ثابت جوشزایی افزایش میدهد. این ابزار برای شیمی، مهندسی شیمی و علوم غذایی ضروری است.
افزایش نقطه جوش یک محلول را بر اساس مولالیته حلّال و ثابت ابولیوسکوپیک حلّال محاسبه کنید.
غلظت حلّال به صورت مول در کیلوگرم حلّال.
یک ویژگی از حلّال که مولالیته را به افزایش نقطه جوش مرتبط میکند.
یک حلّال رایج را انتخاب کنید تا بهطور خودکار ثابت ابولیوسکوپیک آن تنظیم شود.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 درجه سانتیگراد
افزایش نقطه جوش یک خاصیت همجمعی است که زمانی رخ میدهد که یک حلّال غیر فرار به یک حلّال خالص اضافه شود. وجود حلّال باعث میشود که نقطه جوش محلول بالاتر از نقطه جوش حلّال خالص باشد.
فرمول ΔTb = Kb × m افزایش نقطه جوش (ΔTb) را به مولالیته محلول (m) و ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) حلّال مرتبط میکند.
ثابتهای ابولیوسکوپیک رایج: آب (0.512 درجه سانتیگراد·کیلوگرم/مول)، اتانول (1.22 درجه سانتیگراد·کیلوگرم/مول)، بنزن (2.53 درجه سانتیگراد·کیلوگرم/مول)، اسید استیک (3.07 درجه سانتیگراد·کیلوگرم/مول).
افزایش نقطه جوش یک خاصیت کلّی است که زمانی رخ میدهد که یک حلّال غیر فرار به یک حلّال خالص اضافه شود. ماشین حساب افزایش نقطه جوش به تعیین میزان افزایش نقطه جوش یک محلول در مقایسه با حلّال خالص کمک میکند. این پدیده در زمینههای مختلفی از جمله شیمی، مهندسی شیمی، علم غذا و تولید دارو بسیار مهم است.
زمانی که شما یک حلّال (مانند نمک یا شکر) را به یک حلّال خالص (مانند آب) اضافه میکنید، نقطه جوش محلول حاصل بالاتر از نقطه جوش حلّال خالص میشود. این اتفاق به این دلیل است که ذرات حلّال حل شده مانع از فرار حلّال به فاز بخار میشوند و برای رسیدن به جوش به انرژی حرارتی بیشتری (دمای بالاتر) نیاز است.
ماشین حساب ما از فرمول استاندارد افزایش نقطه جوش (ΔTb = Kb × m) استفاده میکند و راهی آسان برای محاسبه این خاصیت مهم بدون محاسبات دستی پیچیده ارائه میدهد. چه شما یک دانشآموز باشید که در حال مطالعه خواص کلّی هستید، یک محقق که با محلولها کار میکند، یا یک مهندس که در حال طراحی فرآیندهای تقطیر است، این ابزار راهی سریع و دقیق برای تعیین افزایش نقطه جوش ارائه میدهد.
افزایش نقطه جوش (ΔTb) با استفاده از یک فرمول ساده اما قدرتمند محاسبه میشود:
که در آن:
این فرمول کار میکند زیرا افزایش نقطه جوش به طور مستقیم با غلظت ذرات حلّال در محلول متناسب است. ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) به عنوان عامل تناسبی است که مولالیته را به افزایش دما واقعی مرتبط میکند.
حلّالهای مختلف دارای ثابتهای ابولیوسکوپیک متفاوتی هستند که خواص مولکولی منحصر به فرد آنها را منعکس میکند:
حلّال | ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) | نقطه جوش نرمال |
---|---|---|
آب | 0.512 °C·kg/mol | 100.0 °C |
اتانول | 1.22 °C·kg/mol | 78.37 °C |
بنزن | 2.53 °C·kg/mol | 80.1 °C |
اسید استیک | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
سیکلوهگزان | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
کلروفرم | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
فرمول افزایش نقطه جوش از اصول ترمودینامیکی مشتق شده است. در نقطه جوش، پتانسیل شیمیایی حلّال در فاز مایع برابر با پتانسیل آن در فاز بخار است. وقتی یک حلّال اضافه میشود، پتانسیل شیمیایی حلّال در فاز مایع کاهش مییابد و نیاز به دمای بالاتری برای برابر کردن پتانسیلها دارد.
برای محلولهای رقیق، این رابطه میتواند به صورت زیر بیان شود:
که در آن:
عبارت در ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) تجمیع میشود و فرمول ساده شده ما را به ما میدهد.
ماشین حساب ما استفاده از آن برای تعیین افزایش نقطه جوش یک محلول را ساده میکند. مراحل زیر را دنبال کنید:
مولالیته (m) محلول خود را به مول/کیلوگرم وارد کنید
ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) حلّال خود را به °C·kg/mol وارد کنید
نتیجه را مشاهده کنید
نتیجه را کپی کنید اگر به آن برای سوابق یا محاسبات خود نیاز دارید
ماشین حساب همچنین یک نمایش بصری از افزایش نقطه جوش ارائه میدهد که تفاوت بین نقطه جوش محلول خالص و نقطه جوش بالاتر محلول را نشان میدهد.
بیایید یک مثال را بررسی کنیم:
با استفاده از فرمول ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
بنابراین، نقطه جوش این محلول نمکی 100.768 °C خواهد بود (در مقایسه با 100 °C برای آب خالص).
ماشین حساب چندین مورد خاص را مدیریت میکند:
افزایش نقطه جوش در:
این اصل در:
افزایش نقطه جوش در:
کاربردها شامل:
در ارتفاعات بالا، آب به دلیل کاهش فشار جوی در دماهای پایینتری به جوش میآید. برای جبران:
به عنوان مثال، در ارتفاع 5000 فوت، آب در حدود 95 درجه سانتیگراد به جوش میآید. افزودن 1 مول/کیلوگرم نمک این دما را به حدود 95.5 درجه سانتیگراد افزایش میدهد و کارایی پخت را کمی بهبود میبخشد.
افزایش نقطه جوش یکی از چندین خاصیت کلّی است که به غلظت ذرات حلشده بستگی دارد و نه هویت آنها. سایر خواص مرتبط عبارتند از:
کاهش نقطه انجماد: کاهش نقطه انجماد زمانی که حلّالها به یک حلّال اضافه میشوند
کاهش فشار بخار: کاهش فشار بخار یک حلّال به دلیل حلشدن حلّالها
فشار اسمزی: فشاری که برای جلوگیری از جریان حلّال از طریق غشای نیمهنفوذپذیر مورد نیاز است
هر یک از این خواص بینشهای متفاوتی در مورد رفتار محلول ارائه میدهد و بسته به کاربرد خاص ممکن است مناسبتر باشد.
پدیده افزایش نقطه جوش قرنها پیش مشاهده شده است، اگرچه درک علمی آن به تازگی توسعه یافته است:
مطالعه سیستماتیک افزایش نقطه جوش از قرن نوزدهم آغاز شد:
در قرن بیستم و بیست و یکم، درک افزایش نقطه جوش در فناوریهای متعددی به کار رفته است:
رابطه ریاضی بین غلظت و افزایش نقطه جوش ثابت مانده است، اگرچه درک ما از مکانیزمهای مولکولی با پیشرفتهای شیمی فیزیکی و ترمودینامیک عمیقتر شده است.
1' فرمول اکسل برای محاسبه افزایش نقطه جوش
2=B2*C2
3' که در آن B2 شامل ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) است
4' و C2 شامل مولالیته (m) است
5
6' برای محاسبه نقطه جوش جدید:
7=D2+E2
8' که در آن D2 شامل نقطه جوش نرمال حلّال است
9' و E2 شامل افزایش نقطه جوش محاسبه شده است
10
1def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 محاسبه افزایش نقطه جوش یک محلول.
4
5 پارامترها:
6 molality (float): مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
7 ebullioscopic_constant (float): ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
8
9 بازگشت:
10 float: افزایش نقطه جوش به °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("مولالیته و ثابت ابولیوسکوپیک باید غیر منفی باشند")
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 محاسبه نقطه جوش جدید یک محلول.
21
22 پارامترها:
23 normal_boiling_point (float): نقطه جوش نرمال حلّال خالص به °C
24 molality (float): مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
25 ebullioscopic_constant (float): ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
26
27 بازگشت:
28 float: نقطه جوش جدید به °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# مثال استفاده
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"افزایش نقطه جوش: {elevation:.4f} °C")
42print(f"نقطه جوش جدید: {new_boiling_point:.4f} °C")
43
1/**
2 * محاسبه افزایش نقطه جوش یک محلول.
3 * @param {number} molality - مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
4 * @param {number} ebullioscopicConstant - ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
5 * @returns {number} افزایش نقطه جوش به °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("مولالیته و ثابت ابولیوسکوپیک باید غیر منفی باشند");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * محاسبه نقطه جوش جدید یک محلول.
17 * @param {number} normalBoilingPoint - نقطه جوش نرمال حلّال خالص به °C
18 * @param {number} molality - مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
19 * @param {number} ebullioscopicConstant - ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
20 * @returns {number} نقطه جوش جدید به °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// مثال استفاده
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(`افزایش نقطه جوش: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`نقطه جوش جدید: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
37
1#' محاسبه افزایش نقطه جوش یک محلول
2#'
3#' @param molality مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
4#' @param ebullioscopic_constant ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
5#' @return افزایش نقطه جوش به °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("مولالیته و ثابت ابولیوسکوپیک باید غیر منفی باشند")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' محاسبه نقطه جوش جدید یک محلول
16#'
17#' @param normal_boiling_point نقطه جوش نرمال حلّال خالص به °C
18#' @param molality مولالیته محلول به مول/کیلوگرم
19#' @param ebullioscopic_constant ثابت ابولیوسکوپیک حلّال به °C·kg/mol
20#' @return نقطه جوش جدید به °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# مثال استفاده
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("افزایش نقطه جوش: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("نقطه جوش جدید: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36
افزایش نقطه جوش افزایش دما است که زمانی رخ میدهد که یک حلّال غیر فرار به یک حلّال خالص اضافه شود. این یک خاصیت کلّی است که به غلظت ذرات حلشده بستگی دارد و نه هویت آنها.
افزایش نقطه جوش (ΔTb) با استفاده از فرمول ΔTb = Kb × m محاسبه میشود، که در آن Kb ثابت ابولیوسکوپیک حلّال و m مولالیته محلول (مولهای حلّال به ازای هر کیلوگرم حلّال) است.
ثابت ابولیوسکوپیک (Kb) یک خاصیت خاص برای هر حلّال است که غلظت محلول را به افزایش نقطه جوش مرتبط میکند. این نمایانگر افزایش نقطه جوش زمانی است که محلول دارای مولالیته 1 مول/کیلوگرم باشد. برای آب، Kb برابر با 0.512 °C·kg/mol است.
افزودن نمک به آب نقطه جوش آن را افزایش میدهد زیرا یونهای حلشده مانع از فرار مولکولهای آب به فاز بخار میشوند. این امر نیاز به انرژی حرارتی بیشتری (دمای بالاتر) برای جوشیدن را ایجاد میکند. به همین دلیل آب نمکزده برای پخت و پز در دماهای کمی بالاتر به جوش میآید.
برای محلولهای ایدهآل، افزایش نقطه جوش تنها به تعداد ذرات در محلول بستگی دارد، نه هویت آنها. با این حال، برای ترکیبات یونی مانند NaCl که به چندین یون تجزیه میشوند، اثر به تعداد یونهای تشکیل شده ضرب میشود. این موضوع در محاسبات دقیقتر با استفاده از عامل وانت هوف در نظر گرفته میشود.
خیر، افزایش نقطه جوش برای حلّالهای غیر فرار نمیتواند منفی باشد. افزودن یک حلّال غیر فرار همیشه نقطه جوش حلّال را افزایش میدهد. با این حال، اگر حلّال فرار باشد (دارای فشار بخار قابل توجه خود باشد)، رفتار پیچیدهتر میشود و از فرمول ساده افزایش نقطه جوش پیروی نمیکند.
بله، اندازهگیری افزایش نقطه جوش یک محلول با یک جرم شناخته شده از حلّال میتواند برای تعیین وزن مولکولی حلّال استفاده شود. این تکنیک که به آن ابولیوسکوپی میگویند، در گذشته برای تعیین وزنهای مولکولی قبل از روشهای مدرن طیفسنجی بسیار مهم بود.
هر دو خاصیت کلّی هستند که به غلظت حلشده بستگی دارند. افزایش نقطه جوش به افزایش دما هنگام افزودن حلّالها مربوط میشود، در حالی که کاهش نقطه انجماد به کاهش دما هنگام افزودن حلّالها مربوط میشود. آنها از فرمولهای مشابه استفاده میکنند اما ثابتهای متفاوتی (Kb برای نقطه جوش و Kf برای نقطه انجماد) دارند.
فرمول ΔTb = Kb × m برای محلولهای رقیق که در آن تعاملات حلّال-حلّال حداقل است، دقیقترین است. برای محلولهای غلیظ یا محلولهایی با تعاملات قوی حلّال-حلّال، انحراف از رفتار ایدهآل رخ میدهد و ممکن است نیاز به مدلهای پیچیدهتری باشد.
بله، اندازهگیری افزایش نقطه جوش یک محلول با یک جرم شناخته شده از حلّال میتواند برای تعیین وزن مولکولی حلّال استفاده شود. این تکنیک که به آن ابولیوسکوپی میگویند، در گذشته برای تعیین وزنهای مولکولی قبل از روشهای مدرن طیفسنجی بسیار مهم بود.
آتکینز، P. W.، و دی پائولا، J. (2014). شیمی فیزیکی آتکینز (ویرایش دهم). انتشارات آکسفورد.
چانگ، R.، و گلدسبی، K. A. (2015). شیمی (ویرایش دوازدهم). انتشارات مکگرا-هیل.
پتروچی، R. H.، هرینگ، F. G.، مادورا، J. D.، و بیسونسنت، C. (2016). شیمی عمومی: اصول و کاربردهای مدرن (ویرایش یازدهم). انتشارات پیرسون.
لوین، I. N. (2008). شیمی فیزیکی (ویرایش ششم). انتشارات مکگرا-هیل.
براون، T. L.، لمی، H. E.، برستن، B. E.، مرفی، C. J.، و وودوارد، P. M. (2017). شیمی: علم مرکزی (ویرایش چهاردهم). انتشارات پیرسون.
سیلبرگ، M. S.، و آمتیس، P. (2014). شیمی: طبیعت مولکولی ماده و تغییرات آن (ویرایش هفتم). انتشارات مکگرا-هیل.
"افزایش نقطه جوش." ویکیپدیا، بنیاد ویکیمدیا، https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation. دسترسی در 2 اوت 2024.
"خواص کلّی." ویکیپدیا، بنیاد ویکیمدیا، https://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_properties. دسترسی در 2 اوت 2024.
امروز ماشین حساب افزایش نقطه جوش ما را امتحان کنید تا به سرعت و به دقت تعیین کنید که چگونه حلّالهای حل شده بر نقطه جوش محلولهای شما تأثیر میگذارند. چه برای اهداف آموزشی، کارگاههای آزمایشگاهی، یا کاربردهای عملی، این ابزار نتایج فوری مبتنی بر اصول علمی تثبیت شده را ارائه میدهد.
کشف ابزارهای بیشتری که ممکن است برای جریان کاری شما مفید باشند