Virimo Taško Pakilimo Skaičiuoklė | Nemokamas Internetinis Įrankis

Virimo temperatūros padidėjimo skaičiuoklė

Virimo temperatūros padidėjimo skaičiuoklė nustato, kiek aukštesnėje temperatūroje tirpalas verda, palyginti su grynu tirpikliu, iš kurio jis pagamintas. Ji naudoja ištirpusios medžiagos moliškumą, tirpiklio ebulioskopinę konstantą ir dalelių, į kurias tirpale suskyla kiekvienas tirpinio vienetas, skaičių.

Kas yra virimo temperatūros padidėjimas?

Virimo temperatūros padidėjimas – tai virimo temperatūros pakilimas, atsirandantis ištirpinus tirpinį tirpiklyje. Grynas vanduo, esant normaliam atmosferos slėgiui, verda ties 100 °C. Vandeninis druskos ar cukraus tirpalas verda šiek tiek aukštesnėje temperatūroje.

Šis reiškinys vyksta todėl, kad ištirpusios dalelės trukdo tirpiklio molekulėms išgaruoti. Skysčiui užvirti reikia daugiau šiluminės energijos, todėl virimo temperatūra pakyla.

Virimo temperatūros padidėjimas yra koligatyvinė savybė. Tai reiškia, kad ji priklauso nuo tirpale esančių tirpinio dalelių skaičiaus, o ne nuo to, kokios yra šios dalelės. Cukraus ir druskos molekulės virimo temperatūrą padidina skirtingai tik todėl, kad ištirpusi druska suskyla į daugiau dalelių, o ne todėl, kad šios dvi medžiagos skiriasi kitomis svarbiomis cheminėmis savybėmis.

Kaip apskaičiuoti virimo temperatūros padidėjimą

Formulė:

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

• ΔTb – virimo temperatūros padidėjimas, išreikštas °C.
• i – van 't Hoffo koeficientas, t. y. dalelių, į kurias ištirpęs suskyla vienas tirpinio vienetas, skaičius.
• Kb – tirpiklio ebulioskopinė konstanta, išreikšta °C·kg/mol.
• m – tirpalo moliškumas: tirpinio molių skaičius viename tirpiklio kilograme, išreikštas mol/kg.

Nauja tirpalo virimo temperatūra yra įprastinė tirpiklio virimo temperatūra, prie kurios pridedamas šis padidėjimas:

$T_b(\text{tirpalas}) = T_b(\text{grynas tirpiklis}) + \Delta T_b$

van 't Hoffo koeficientas

Tirpinio, kuris tirpale išlieka nepakitusiomis molekulėmis, pavyzdžiui, gliukozės ar sacharozės, i reikšmė yra 1. Į jonus suskylantis joninis junginys, pavyzdžiui, valgomoji druska, turi didesnę i reikšmę, nes kiekvienas formulės vienetas virsta daugiau nei viena dalele:

• i = 1: neelektrolitai, pavyzdžiui, gliukozė ir sacharozė, kurie neskyla.
• i = 2: NaCl ir KCl, kurių kiekvienas suskyla į du jonus, pavyzdžiui, Na⁺ ir Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ ir Na₂SO₄, kurių kiekvienas suskyla į tris jonus.

Tai idealiosios reikšmės, pagrįstos visiškos disociacijos prielaida. Tikrieji tirpalai, ypač koncentruoti, disocijuoja šiek tiek mažiau, todėl išmatuotas padidėjimas gali būti truputį mažesnis, nei numato idealioji formulė.

Įprastų tirpiklių ebulioskopinės konstantos

Kiekvienas tirpiklis turi savo ebulioskopinę konstantą ir įprastinę virimo temperatūrą:

Išspręstas pavyzdys

Pavyzdys 1: vandenyje ištirpintas cukrus

Cukrus (sacharozė) vandenyje neskyla į jonus, todėl i = 1.

• Tirpiklis: vanduo, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, įprastinė virimo temperatūra 100 °C
• Moliškumas: 1,5 mol/kg
• van 't Hoffo koeficientas: i = 1

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

Tirpalas verda ties 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Pavyzdys 2: valgomoji druska, ištirpinta vandenyje

Valgomoji druska (NaCl) suskyla į natrio ir chlorido jonus, todėl i = 2.

• Tirpiklis: vanduo, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, įprastinė virimo temperatūra 100 °C
• Moliškumas: 1,5 mol/kg
• van 't Hoffo koeficientas: i = 2

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

Tirpalas verda ties 100 + 1,536 = 101,536 °C. Esant tokiam pačiam moliškumui, druska virimo temperatūrą padidina lygiai dvigubai daugiau nei neelektrolitas, nes kiekvienas ištirpęs vienetas sukuria dvi daleles, o ne vieną.

Kaip naudotis skaičiuokle

1. Įveskite tirpalo moliškumą, išreikštą mol/kg.
2. Įveskite tirpiklio ebulioskopinę konstantą arba pasirinkite įprastą tirpiklį iš sąrašo, kad ji būtų įrašyta automatiškai.
3. Įveskite van 't Hoffo koeficientą: 1 molekuliniam tirpiniui, 2 tokiai druskai kaip NaCl, 3 tokiai druskai kaip CaCl₂.
4. Įveskite gryno tirpiklio įprastinę virimo temperatūrą, išreikštą °C. Pasirinkus tirpiklį iš sąrašo, ši reikšmė taip pat įrašoma, todėl vandeniui pateikiama 100 °C, o benzenui – 80,1 °C.
5. Perskaitykite virimo temperatūros padidėjimą ir gautą tirpalo virimo temperatūrą.

Rankiniu būdu pakeitus ebulioskopinę konstantą arba virimo temperatūrą, iš sąrašo pašalinamas rodomas tirpiklis, todėl įvardytas tirpiklis niekada nesusiejamas su kito tirpiklio reikšmėmis. Jei virimo temperatūra neįvedama, padidėjimas vis tiek apskaičiuojamas, tačiau be jos tirpalo virimo temperatūros nustatyti neįmanoma.

Jei moliškumas lygus nuliui, padidėjimas lygus nuliui, o tirpalas verda esant įprastinei tirpiklio virimo temperatūrai. Neigiamos moliškumo, ebulioskopinės konstantos ar dalelių skaičiaus reikšmės nepriimamos, nes nė viena iš jų negali būti neigiama.

Kodėl svarbus virimo temperatūros padidėjimas

• Maisto gamyba. Pasūdytas vanduo verda šiek tiek aukštesnėje temperatūroje nei grynas vanduo, nors pokytis per mažas, kad savaime pastebimai paveiktų gaminimo greitį.
• Distiliavimas ir cheminė inžinerija. Žinios apie tai, kaip tirpiniai keičia virimo temperatūrą, padeda projektuoti atskyrimo procesus.
• Molinės masės nustatymas. Išmatavus tirpalo, kuriame yra žinomos masės tirpinio, virimo temperatūros padidėjimą, galima įvertinti tirpinio molinę masę; šis metodas vadinamas ebulioskopija.
• Antifrizo ir aušinimo sistemos. Tas pats koligatyvinis principas, dėl kurio kyla virimo temperatūra, taip pat mažina užšalimo temperatūrą. Todėl aušinimo mišiniuose naudojami ištirpę tirpiniai, kad skysčio temperatūrų intervalas būtų platesnis.

Susijusios koligatyvinės savybės

Virimo temperatūros padidėjimas yra viena iš kelių koligatyvinių savybių:

• Užšalimo temperatūros sumažėjimas: ΔTf = i × Kf × m, kur Kf yra krioskopinė konstanta. Todėl druska barstoma ant apledėjusių kelių.
• Garų slėgio sumažėjimas, aprašomas Raoult'o dėsniu.
• Osmosinis slėgis, skatinantis vandens judėjimą per biologinių ląstelių membranas.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra virimo temperatūros padidėjimas? Tai skysčio virimo temperatūros pakilimas, atsirandantis jame ištirpinus tirpinį. Tai koligatyvinė savybė, todėl ji priklauso nuo ištirpusių dalelių skaičiaus, o ne nuo jų sudėties.

Kokia yra virimo temperatūros padidėjimo formulė? ΔTb = i × Kb × m, kur i yra van 't Hoffo koeficientas, Kb – tirpiklio ebulioskopinė konstanta, o m – tirpalo moliškumas.

Kas yra van 't Hoffo koeficientas? Tai dalelių, į kurias ištirpęs suskyla vienas tirpinio formulės vienetas, skaičius. Molekulinių tirpinių, pavyzdžiui, cukraus, i = 1. Į jonus suskylančių druskų reikšmės yra didesnės: NaCl atveju i = 2, o CaCl₂ atveju i = 3.

Kodėl druska labiau padidina vandens virimo temperatūrą nei cukrus? Esant tokiam pačiam moliškumui, NaCl sukuria dvigubai daugiau ištirpusių dalelių nei cukrus, nes suskyla į du jonus. Kadangi virimo temperatūros padidėjimas priklauso nuo dalelių skaičiaus, druskos poveikis yra maždaug dvigubai didesnis.

Ar virimo temperatūros padidėjimas priklauso nuo naudojamo tirpinio? Tik nuo jo sukuriamų dalelių skaičiaus. Du skirtingi neelektrolitai, kurių moliškumas vienodas, virimo temperatūrą padidina vienodai.

Ar virimo temperatūros padidėjimas gali būti neigiamas? Ne, nelakių tirpinių atveju virimo temperatūra visada kyla ir niekada nekrinta. Pats lakus tirpinys elgiasi kitaip, todėl ši formulė jam netaikoma.