Viršanas punkta paaugstināšanās kalkulators | Bezmaksas tiešsaistes rīks

Viršanas temperatūras paaugstināšanās kalkulators

Viršanas temperatūras paaugstināšanās kalkulators nosaka, par cik grādiem šķīdums vārās augstākā temperatūrā nekā tīrais šķīdinātājs, no kura tas pagatavots. Tas izmanto izšķīdušās vielas molalitāti, šķīdinātāja ebulioskopisko konstanti un daļiņu skaitu, kādā sadalās katra izšķīdušās vielas vienība šķīdumā.

Kas ir viršanas temperatūras paaugstināšanās?

Viršanas temperatūras paaugstināšanās ir viršanas temperatūras pieaugums, kas rodas, izšķīdinot vielu šķīdinātājā. Tīrs ūdens normālā atmosfēras spiedienā vārās pie 100 °C. Ūdens, kurā izšķīdināts sāls vai cukurs, vārās nedaudz augstākā temperatūrā.

Šī parādība rodas tāpēc, ka izšķīdušās daļiņas traucē šķīdinātāja molekulām izkļūt tvaika fāzē. Lai šķidrums uzvārītos, nepieciešams vairāk siltumenerģijas, tāpēc viršanas temperatūra paaugstinās.

Viršanas temperatūras paaugstināšanās ir koligatīva īpašība. Tas nozīmē, ka tā ir atkarīga no izšķīdušo daļiņu skaita šķīdumā, nevis no šo daļiņu veida. Cukura molekula un sāls molekula viršanas temperatūru paaugstina atšķirīgi tikai tāpēc, ka sāls, izšķīstot, sadalās lielākā skaitā daļiņu, nevis tāpēc, ka šīs divas vielas atšķiras kādā citā šajā ziņā nozīmīgā ķīmiskā īpašībā.

Kā aprēķināt viršanas temperatūras paaugstināšanos

Formula ir šāda:

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

• ΔTb ir viršanas temperatūras paaugstināšanās °C.
• i ir van’t Hofa koeficients — daļiņu skaits, ko, izšķīstot, rada viena izšķīdušās vielas vienība.
• Kb ir šķīdinātāja ebulioskopiskā konstante, izteikta °C·kg/mol.
• m ir šķīduma molalitāte: izšķīdušās vielas molu skaits uz vienu šķīdinātāja kilogramu, izteikts mol/kg.

Šķīduma jaunā viršanas temperatūra ir šķīdinātāja normālā viršanas temperatūra, kurai pieskaita šo paaugstinājumu:

$T_b(\text{šķīdums}) = T_b(\text{tīrs šķīdinātājs}) + \Delta T_b$

Van’t Hofa koeficients

Izšķīdusī viela, kas šķīdumā saglabājas veselu molekulu veidā, piemēram, glikoze vai saharoze, ir ar i = 1. Jonisks savienojums, kas sadalās jonos, piemēram, galda sāls, ir ar lielāku i vērtību, jo katra formulas vienība veido vairāk nekā vienu daļiņu:

• i = 1: neelektrolīti, piemēram, glikoze un saharoze, kas nesadalās jonos.
• i = 2: NaCl un KCl, kas katrs sadalās divos jonos, piemēram, Na⁺ un Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ un Na₂SO₄, kas katrs sadalās trīs jonos.

Tās ir ideālās vērtības, kas pieņem pilnīgu disociāciju. Reālos šķīdumos, īpaši koncentrētos šķīdumos, disociācija ir nedaudz mazāka, tāpēc izmērītā paaugstināšanās var būt nedaudz mazāka par to, ko paredz ideālā formula.

Izplatītu šķīdinātāju ebulioskopiskās konstantes

Katram šķīdinātājam ir sava ebulioskopiskā konstante un sava normālā viršanas temperatūra:

Atrisināts piemērs

Piemērs 1: ūdenī izšķīdināts cukurs

Cukurs (saharoze) ūdenī nesadalās jonos, tāpēc i = 1.

• Šķīdinātājs: ūdens, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normālā viršanas temperatūra 100 °C
• Molalitāte: 1,5 mol/kg
• Van’t Hofa koeficients: i = 1

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

Šķīdums vārās pie 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Piemērs 2: ūdenī izšķīdināts galda sāls

Galda sāls (NaCl) sadalās nātrija jonā un hlorīda jonā, tāpēc i = 2.

• Šķīdinātājs: ūdens, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normālā viršanas temperatūra 100 °C
• Molalitāte: 1,5 mol/kg
• Van’t Hofa koeficients: i = 2

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

Šķīdums vārās pie 100 + 1,536 = 101,536 °C. Pie tādas pašas molalitātes sāls paaugstina viršanas temperatūru tieši divreiz vairāk nekā neelektrolīts, jo katra izšķīdusī vienība rada divas daļiņas, nevis vienu.

Kā izmantot kalkulatoru

1. Ievadiet šķīduma molalitāti, izteiktu mol/kg.
2. Ievadiet šķīdinātāja ebulioskopisko konstanti vai izvēlieties izplatītu šķīdinātāju sarakstā, lai tā tiktu aizpildīta automātiski.
3. Ievadiet van’t Hofa koeficientu: 1 molekulārai izšķīdušai vielai, 2 tādam sālim kā NaCl, 3 tādam sālim kā CaCl₂.
4. Ievadiet tīrā šķīdinātāja normālo viršanas temperatūru °C. Izvēloties šķīdinātāju sarakstā, arī šī vērtība tiek aizpildīta, tāpēc ūdenim tiek norādīta 100 °C, bet benzolam — 80,1 °C.
5. Nolasiet viršanas temperatūras paaugstināšanos un šķīduma iegūto viršanas temperatūru.

Manuāli rediģējot ebulioskopisko konstanti vai viršanas temperatūru, sarakstā norādītais šķīdinātājs tiek noņemts, tāpēc nosauktais šķīdinātājs nekad netiek saistīts ar cita šķīdinātāja skaitliskajām vērtībām. Ja viršanas temperatūra ir atstāta tukša, paaugstinājums joprojām tiek aprēķināts, taču bez tās nevar noteikt šķīduma viršanas temperatūru.

Ja molalitāte ir nulle, paaugstinājums ir nulle un šķīdums vārās šķīdinātāja normālajā viršanas temperatūrā. Molalitātei, ebulioskopiskajai konstantei vai daļiņu skaitam negatīvas vērtības nav pieņemamas, jo neviena no šīm vērtībām nevar būt negatīva.

Kāpēc viršanas temperatūras paaugstināšanās ir nozīmīga

• Ēdiena gatavošana. Sālīts ūdens vārās nedaudz augstākā temperatūrā nekā tīrs ūdens, taču izmaiņas ir pārāk mazas, lai pašas par sevi būtiski ietekmētu gatavošanas ātrumu.
• Destilācija un ķīmiskā inženierija. Zināšanas par to, kā izšķīdušās vielas maina viršanas temperatūru, palīdz izstrādāt separācijas procesus.
• Molekulmasas noteikšana. Izmērot šķīduma viršanas temperatūras paaugstināšanos, kurā ir zināma izšķīdušās vielas masa, var aptuveni noteikt tās molāro masu; šo metodi sauc par ebuliometriju.
• Antifrīza un dzesēšanas šķidrumu sistēmas. Tas pats koligatīvais princips, kas paaugstina viršanas temperatūru, pazemina arī sasalšanas temperatūru. Tāpēc dzesēšanas šķidrumu maisījumos izmanto izšķīdušas vielas, lai paplašinātu šķidruma darba temperatūru diapazonu.

Saistītās koligatīvās īpašības

Viršanas temperatūras paaugstināšanās ir viena no vairākām koligatīvajām īpašībām:

• Sasalšanas temperatūras pazemināšanās: ΔTf = i × Kf × m, kur Kf ir krioskopiskā konstante. Tāpēc sāli kaisa uz apledojušiem ceļiem.
• Tvaika spiediena pazemināšanās, ko apraksta Raula likums.
• Osmotiskais spiediens, kas bioloģisko šūnu membrānās virza ūdens kustību.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kas ir viršanas temperatūras paaugstināšanās? Tā ir šķidruma viršanas temperatūras paaugstināšanās, kas rodas, izšķīdinot tajā kādu vielu. Tā ir koligatīva īpašība, tāpēc ir atkarīga no izšķīdušo daļiņu skaita, nevis no to sastāva.

Kāda ir viršanas temperatūras paaugstināšanās formula? ΔTb = i × Kb × m, kur i ir van’t Hofa koeficients, Kb ir šķīdinātāja ebulioskopiskā konstante un m ir šķīduma molalitāte.

Kas ir van’t Hofa koeficients? Tas ir daļiņu skaits, ko izšķīstot rada viena izšķīdušās vielas formulas vienība. Molekulārām izšķīdušām vielām, piemēram, cukuram, i = 1. Sāļiem, kas sadalās jonos, vērtība ir lielāka: NaCl gadījumā i = 2, bet CaCl₂ gadījumā i = 3.

Kāpēc sāls paaugstina ūdens viršanas temperatūru vairāk nekā cukurs? Pie tādas pašas molalitātes NaCl rada divreiz vairāk izšķīdušo daļiņu nekā cukurs, jo sadalās divos jonos. Tā kā viršanas temperatūras paaugstināšanās ir atkarīga no daļiņu skaita, sāls ietekme ir aptuveni divreiz lielāka.

Vai viršanas temperatūras paaugstināšanās ir atkarīga no izmantotās izšķīdušās vielas? Tā ir atkarīga tikai no tās radīto daļiņu skaita. Divas dažādas neelektrolītiskas vielas ar vienādu molalitāti viršanas temperatūru paaugstina par vienādu daudzumu.

Vai viršanas temperatūras paaugstināšanās var būt negatīva? Nē, negaistošai izšķīdušai vielai viršanas temperatūra vienmēr paaugstinās, nevis pazeminās. Viela, kas pati ir gaistoša, uzvedas citādi, un uz to šī formula neattiecas.