Kiehumispisteen korotuksen laskuri | Ilmainen online-työkalu

Kiehumispisteen kohoaman laskuri

Kiehumispisteen kohoaman laskuri selvittää, kuinka paljon korkeammassa lämpötilassa liuos kiehuu kuin puhdas liuotin, josta se on valmistettu. Se käyttää liuenneen aineen molaliteettia, liuottimen ebullioskooppista vakiota ja sitä, kuinka moneksi hiukkaseksi kukin liuenneen aineen yksikkö hajoaa liuoksessa.

Mitä kiehumispisteen kohoama tarkoittaa?

Kiehumispisteen kohoama tarkoittaa kiehumislämpötilan nousua, joka tapahtuu, kun liuennut aine liukenee liuottimeen. Puhdas vesi kiehuu normaalissa ilmanpaineessa lämpötilassa 100 °C. Suolaa tai sokeria sisältävä vesi kiehuu hieman korkeammassa lämpötilassa.

Ilmiö johtuu siitä, että liuenneet hiukkaset vaikeuttavat liuotinmolekyylien poistumista höyryksi. Nesteen kiehumiseen tarvitaan enemmän lämpöenergiaa, joten kiehumispiste nousee.

Kiehumispisteen kohoama on kolligatiivinen ominaisuus. Se tarkoittaa, että ominaisuus riippuu liuoksessa olevien liuenneen aineen hiukkasten määrästä, ei hiukkasten laadusta. Sokerimolekyyli ja suolamolekyyli nostavat kiehumispistettä eri tavoin vain siksi, että suola hajoaa liuetessaan useammaksi hiukkaseksi, ei siksi, että aineet olisivat jollakin muulla asiaan vaikuttavalla tavalla kemiallisesti erilaisia.

Kiehumispisteen kohoaman laskeminen

Kaava on:

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

• ΔTb on kiehumispisteen kohoama yksikössä °C.
• i on van ’t Hoffin tekijä eli niiden hiukkasten määrä, joita yksi liuenneen aineen yksikkö tuottaa liuetessaan.
• Kb on liuottimen ebullioskooppinen vakio yksikössä °C·kg/mol.
• m on liuoksen molaliteetti eli liuenneen aineen ainemäärä liuottimen kilogrammaa kohden, yksikössä mol/kg.

Liuoksen uusi kiehumispiste on liuottimen normaali kiehumispiste lisättynä tällä kohoamalla:

$T_b(\text{liuos}) = T_b(\text{puhdas liuotin}) + \Delta T_b$

Van ’t Hoffin tekijä

Liuenneella aineella, joka säilyy liuoksessa kokonaisina molekyyleinä, kuten glukoosilla tai sakkaroosilla, on i = 1. Ioniyhdisteellä, joka hajoaa osiin, kuten ruokasuolalla, on suurempi i-arvo, koska kukin kaavayksikkö muuttuu useammaksi kuin yhdeksi hiukkaseksi:

• i = 1: epäelektrolyytit, kuten glukoosi ja sakkaroosi, jotka eivät hajoa osiin.
• i = 2: NaCl ja KCl, jotka kumpikin hajoavat kahdeksi ioniksi, esimerkiksi Na⁺- ja Cl⁻-ioneiksi.
• i = 3: CaCl₂ ja Na₂SO₄, jotka kumpikin hajoavat kolmeksi ioniksi.

Nämä ovat teoreettisia arvoja, joissa oletetaan täydellinen dissosiaatio. Todelliset liuokset, erityisesti väkevät liuokset, dissosioituvat hieman tätä vähemmän, joten mitattu kohoama voi olla hieman pienempi kuin ideaalikaavan ennustama arvo.

Yleisten liuottimien ebullioskooppiset vakiot

Jokaisella liuottimella on oma ebullioskooppinen vakionsa ja oma normaali kiehumispisteensä:

Laskuesimerkki

Esimerkki 1: veteen liuotettu sokeri

Sokeri (sakkaroosi) ei hajoa vedessä ioneiksi, joten i = 1.

• Liuotin: vesi, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normaali kiehumispiste 100 °C
• Molaliteetti: 1,5 mol/kg
• Van ’t Hoffin tekijä: i = 1

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

Liuos kiehuu lämpötilassa 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Esimerkki 2: veteen liuotettu ruokasuola

Ruokasuola (NaCl) hajoaa natriumioniksi ja kloridi-ioniksi, joten i = 2.

• Liuotin: vesi, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normaali kiehumispiste 100 °C
• Molaliteetti: 1,5 mol/kg
• Van ’t Hoffin tekijä: i = 2

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

Liuos kiehuu lämpötilassa 100 + 1,536 = 101,536 °C. Samalla molaliteetilla suola nostaa kiehumispistettä täsmälleen kaksi kertaa niin paljon kuin epäelektrolyytti, koska kukin liuennut yksikkö tuottaa yhden hiukkasen sijasta kaksi.

Laskurin käyttö

1. Syötä liuoksen molaliteetti yksikössä mol/kg.
2. Syötä liuottimen ebullioskooppinen vakio tai valitse luettelosta yleinen liuotin, jolloin arvo täytetään automaattisesti.
3. Syötä van ’t Hoffin tekijä: 1 molekyylimuotoiselle liuenneelle aineelle, 2 NaCl:n kaltaiselle suolalle ja 3 suolalle, kuten CaCl₂.
4. Syötä puhtaan liuottimen normaali kiehumispiste yksikössä °C. Liuottimen valitseminen luettelosta täyttää myös tämän arvon, joten vedelle annetaan 100 °C ja bentseenille 80,1 °C.
5. Lue kiehumispisteen kohoama ja liuoksen tuloksena oleva kiehumispiste.

Ebullioskooppisen vakion tai kiehumispisteen muokkaaminen käsin poistaa luettelossa näkyvän liuottimen, joten nimettyä liuotinta ei koskaan yhdistetä toisen liuottimen arvoihin. Jos kiehumispiste jätetään tyhjäksi, kohoama lasketaan silti, mutta liuoksen kiehumispistettä ei voida määrittää ilman sitä.

Jos molaliteetti on nolla, kohoama on nolla ja liuos kiehuu liuottimen normaalissa kiehumispisteessä. Molaliteetille, ebullioskooppiselle vakiolle tai hiukkasmäärälle ei hyväksytä negatiivisia arvoja, koska mikään niistä ei voi olla negatiivinen.

Miksi kiehumispisteen kohoamalla on merkitystä

• Ruoanlaitto. Suolattu vesi kiehuu hieman korkeammassa lämpötilassa kuin suolaton vesi, mutta muutos on liian pieni vaikuttaakseen yksinään havaittavasti kypsennysnopeuteen.
• Tislaus ja kemiantekniikka. Tieto siitä, miten liuenneet aineet muuttavat kiehumispisteitä, auttaa erotusprosessien suunnittelussa.
• Moolimassan määritys. Kun tunnetun massan liuennutta ainetta sisältävän liuoksen kiehumispisteen kohoama mitataan, liuenneen aineen moolimassa voidaan arvioida. Tätä menetelmää kutsutaan ebullioskopiaksi.
• Jäänesto- ja jäähdytysjärjestelmät. Sama kolligatiivinen periaate, joka nostaa kiehumispisteitä, laskee myös jäätymispisteitä. Siksi jäähdytysseoksissa käytetään liuenneita aineita nesteen nestemäisenä pysymisen lämpötila-alueen laajentamiseen.

Muita kolligatiivisia ominaisuuksia

Kiehumispisteen kohoama on yksi useista kolligatiivisista ominaisuuksista:

• Jäätymispisteen alenema: ΔTf = i × Kf × m, missä Kf on kryoskooppinen vakio. Tämän vuoksi suolaa levitetään jäisille teille.
• Höyrynpaineen alenema, jota kuvaa Raoult’n laki.
• Osmoottinen paine, joka saa aikaan veden liikkumisen biologisten solujen kalvojen läpi.

Usein kysyttyä

Mitä kiehumispisteen kohoama tarkoittaa? Se on nesteen kiehumislämpötilan nousu, joka tapahtuu, kun siihen liuotetaan ainetta. Se on kolligatiivinen ominaisuus, joten se riippuu liuenneiden hiukkasten määrästä eikä siitä, mistä ne koostuvat.

Mikä on kiehumispisteen kohoaman kaava? ΔTb = i × Kb × m, missä i on van ’t Hoffin tekijä, Kb on liuottimen ebullioskooppinen vakio ja m on liuoksen molaliteetti.

Mikä on van ’t Hoffin tekijä? Se on niiden hiukkasten määrä, joita yksi liuenneen aineen kaavayksikkö tuottaa liuetessaan. Sokerin kaltaisilla molekyylimuotoisilla liuenneilla aineilla on i = 1. Ioneiksi hajoavilla suoloilla arvot ovat suurempia: NaCl:llä i = 2 ja CaCl₂:lla i = 3.

Miksi suola nostaa veden kiehumispistettä enemmän kuin sokeri? Samalla molaliteetilla NaCl tuottaa kaksi kertaa niin monta liuennutta hiukkasta kuin sokeri, koska se hajoaa kahdeksi ioniksi. Koska kiehumispisteen kohoama riippuu hiukkasten määrästä, suolan vaikutus on noin kaksi kertaa suurempi.

Riippuuko kiehumispisteen kohoama käytetystä liuenneesta aineesta? Vain sen tuottamien hiukkasten määrän kautta. Kaksi eri epäelektrolyyttiä nostaa samalla molaliteetilla kiehumispistettä yhtä paljon.

Voiko kiehumispisteen kohoama olla negatiivinen? Ei. Haihtumattoman liuenneen aineen tapauksessa kiehumispiste aina nousee, ei laske. Itsessään haihtuva liuennut aine käyttäytyy eri tavalla, eikä tämä kaava koske sitä.