Aprēķiniet, cik daudz šķīdinātāja vārīšanās punkts paaugstinās, izmantojot molalitāti un vārīšanās punkta konstantes vērtības. Būtiski ķīmijā, ķīmiskajā inženierijā un pārtikas zinātnē.
Aprēķiniet šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanos, pamatojoties uz šķīduma molalitāti un šķīdinātāja vārīšanās konstanti.
Šķīduma koncentrācija moles uz kilogramu šķīdinātāja.
Šķīdinātāja īpašība, kas saista molalitāti ar vārīšanās punkta paaugstināšanos.
Izvēlieties bieži sastopamu šķīdinātāju, lai automātiski iestatītu tā vārīšanās konstantu.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °C
Vārīšanās punkta paaugstināšanās ir koligatīva īpašība, kas rodas, pievienojot nevolatīvu šķīdumu tīram šķīdinātājam. Šķīduma klātbūtne izraisa, ka šķīduma vārīšanās punkts ir augstāks nekā tīrā šķīdinātāja.
Formula ΔTb = Kb × m saista vārīšanās punkta paaugstināšanos (ΔTb) ar šķīduma molalitāti (m) un šķīdinātāja vārīšanās konstantu (Kb).
Bieži sastopamās vārīšanās konstantas: Ūdens (0.512 °C·kg/mol), Etanols (1.22 °C·kg/mol), Benzens (2.53 °C·kg/mol), Etiķskābe (3.07 °C·kg/mol).
Vārīšanās punkta paaugstināšana ir pamatīga koligatīva īpašība, kas notiek, kad pievieno nenovalkojamu šķīdumu tīram šķīdinātājam. Vārīšanās punkta paaugstināšanas kalkulators palīdz noteikt, cik daudz palielinās šķīduma vārīšanās punkts salīdzinājumā ar tīro šķīdinātāju. Šī parādība ir kritiska dažādās jomās, tostarp ķīmijā, ķīmiskajā inženierijā, pārtikas zinātnē un farmaceitiskajā ražošanā.
Kad jūs pievienojat šķīdumu (piemēram, sāli vai cukuru) tīram šķīdinātājam (piemēram, ūdenim), rezultātā iegūtā šķīduma vārīšanās punkts kļūst augstāks nekā tīrajam šķīdinātājam. Tas notiek tāpēc, ka izšķīdušie šķīduma daļiņas traucē šķīdinātāja spēju izkļūt tvaika fāzē, prasa vairāk siltuma enerģijas (augstāku temperatūru), lai sasniegtu vārīšanos.
Mūsu kalkulators īsteno standarta formulu vārīšanās punkta paaugstināšanai (ΔTb = Kb × m), nodrošinot vieglu veidu, kā aprēķināt šo svarīgo īpašību bez sarežģītām manuālām aprēķināšanām. Neatkarīgi no tā, vai esat students, kas pēta koligatīvās īpašības, pētnieks, kas strādā ar šķīdumiem, vai inženieris, kas projektē destilācijas procesus, šis rīks piedāvā ātru un precīzu veidu, kā noteikt vārīšanās punkta paaugstinājumus.
Vārīšanās punkta paaugstināšana (ΔTb) tiek aprēķināta, izmantojot vienkāršu, bet jaudīgu formulu:
Kur:
Šī formula darbojas, jo vārīšanās punkta paaugstināšana ir tieši proporcionāla šķīduma daļiņu koncentrācijai. Vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante (Kb) kalpo kā proporcionālitātes faktors, kas saistīja molalitāti ar faktisko temperatūras pieaugumu.
Atšķirīgiem šķīdinātājiem ir atšķirīgas vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantas, kas atspoguļo to unikālās molekulārās īpašības:
Šķīdinātājs | Vārīšanās Punkta Paaugstināšanas Konstante (Kb) | Normālais Vārīšanās Punkts |
---|---|---|
Ūdens | 0.512 °C·kg/mol | 100.0 °C |
Etanols | 1.22 °C·kg/mol | 78.37 °C |
Benzens | 2.53 °C·kg/mol | 80.1 °C |
Etiķskābe | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
Cikloheksāns | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
Hlorofors | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
Vārīšanās punkta paaugstināšanas formula ir atvasināta no termodinamikas principiem. Vārīšanās punktā šķīdinātāja ķīmiskā potenciāla šķidrajā fāzē ir vienāda ar potenciālu tvaika fāzē. Kad pievieno šķīdumu, tas pazemina šķīdinātāja ķīmisko potenciālu šķidrajā fāzē, prasa augstāku temperatūru, lai izlīdzinātu potenciālus.
Dilu šķīdumiem šo attiecību var izteikt kā:
Kur:
Termins tiek konsolidēts vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantā (Kb), dodot mums mūsu vienkāršoto formulu.
Mūsu kalkulators padara viegli noteikt šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanu. Izpildiet šos soļus:
Ievadiet šķīduma molalitāti (m) mol/kg
Ievadiet šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantu (Kb) °C·kg/mol
Skatiet rezultātu
Kopējiet rezultātu, ja nepieciešams, saviem ierakstiem vai aprēķiniem
Kalkulators arī nodrošina vizuālu attēlojumu par vārīšanās punkta paaugstināšanu, parādot atšķirību starp tīrā šķīdinātāja vārīšanās punktu un šķīduma paaugstināto vārīšanās punktu.
Paskatīsimies uz piemēru:
Izmantojot formulu ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
Tādējādi šīs sāls šķīduma vārīšanās punkts būtu 100.768 °C (salīdzinājumā ar 100 °C tīram ūdenim).
Kalkulators apstrādā vairākus īpašus gadījumus:
Vārīšanās punkta paaugstināšana ir būtiska:
Principi attiecas uz:
Vārīšanās punkta paaugstināšana ir svarīga:
Pielietojumi ietver:
Augstā augstumā ūdens vārās zemākā temperatūrā, jo samazināta atmosfēras spiediena dēļ. Lai kompensētu:
Piemēram, 5000 pēdu augstumā ūdens vārās aptuveni 95°C. Pievienojot 1 mol/kg sāls, tas paaugstinātu šo temperatūru līdz aptuveni 95.5°C, nedaudz uzlabojot gatavošanas efektivitāti.
Vārīšanās punkta paaugstināšana ir viena no vairākām koligatīvām īpašībām, kas atkarīgas no šķīduma daļiņu koncentrācijas, nevis to identitātes. Citas saistītās īpašības ietver:
Sasalšanas punkta pazemināšana: Sasalšanas punkta samazināšanās, kad pievieno šķīdumus
Tvaika spiediena pazemināšana: Šķīdinātāja tvaika spiediena samazināšanās, pievienojot izšķīdušus šķīdumus
Osmotiskais spiediens: Spiediens, kas nepieciešams, lai novērstu šķidruma plūsmu caur puscaurlaidīgu membrānu
Katra no šīm īpašībām sniedz atšķirīgu ieskatu šķīduma uzvedībā un var būt piemērotāka atkarībā no konkrētā pielietojuma.
Vārīšanās punkta paaugstināšanas parādība ir novērota gadsimtiem ilgi, lai gan tās zinātniskā izpratne attīstījās nesenāk:
Sistematiskā vārīšanās punkta paaugstināšanas pētīšana sākās 19. gadsimtā:
Matemātiskā attiecība starp koncentrāciju un vārīšanās punkta paaugstināšanu ir palikusi nemainīga, lai gan mūsu izpratne par molekulārajiem mehānismiem ir padziļinājusies ar fiziskās ķīmijas un termodinamikas attīstību.
1' Excel formula vārīšanās punkta paaugstināšanai
2=B2*C2
3' Kur B2 satur vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantu (Kb)
4' un C2 satur molalitāti (m)
5
6' Lai aprēķinātu jauno vārīšanās punktu:
7=D2+E2
8' Kur D2 satur normālo vārīšanās punktu šķīdinātājam
9' un E2 satur aprēķināto vārīšanās punkta paaugstināšanu
10
1def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 Aprēķina šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanu.
4
5 Parametri:
6 molalitāte (float): Šķīduma molalitāte mol/kg
7 vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante (float): Šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante °C·kg/mol
8
9 Atgriež:
10 float: Vārīšanās punkta paaugstināšana °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("Molalitātei un vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantei jābūt pozitīvām")
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 Aprēķina jauno šķīduma vārīšanās punktu.
21
22 Parametri:
23 normālais_vārīšanās_punkts (float): Normālais vārīšanās punkts tīrajam šķīdinātājam °C
24 molalitāte (float): Šķīduma molalitāte mol/kg
25 vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante (float): Šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante °C·kg/mol
26
27 Atgriež:
28 float: Jaunais vārīšanās punkts °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# Piemēra izmantošana
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"Vārīšanās punkta paaugstināšana: {elevation:.4f} °C")
42print(f"Jaunais vārīšanās punkts: {new_boiling_point:.4f} °C")
43
1/**
2 * Aprēķina šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanu.
3 * @param {number} molalitāte - Šķīduma molalitāte mol/kg
4 * @param {number} vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante - Šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante °C·kg/mol
5 * @returns {number} Vārīšanās punkta paaugstināšana °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("Molalitātei un vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantei jābūt pozitīvām");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * Aprēķina jauno šķīduma vārīšanās punktu.
17 * @param {number} normālais_vārīšanās_punkts - Normālais vārīšanās punkts tīrajam šķīdinātājam °C
18 * @param {number} molalitāte - Šķīduma molalitāte mol/kg
19 * @param {number} vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante - Šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante °C·kg/mol
20 * @returns {number} Jaunais vārīšanās punkts °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// Piemēra izmantošana
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(`Vārīšanās punkta paaugstināšana: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`Jaunais vārīšanās punkts: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
37
1#' Aprēķina šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanu
2#'
3#' @param molalitāte Molalitāte šķīdumā mol/kg
4#' @param vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante Vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante šķīdinātājam °C·kg/mol
5#' @return Vārīšanās punkta paaugstināšana °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("Molalitātei un vārīšanās punkta paaugstināšanas konstantei jābūt pozitīvām")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' Aprēķina jauno šķīduma vārīšanās punktu
16#'
17#' @param normālais_vārīšanās_punkts Normālais vārīšanās punkts tīrajam šķīdinātājam °C
18#' @param molalitāte Molalitāte šķīdumā mol/kg
19#' @param vārīšanās_punkta_paaugstināšanas_konstante Vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante šķīdinātājam °C·kg/mol
20#' @return Jaunais vārīšanās punkts °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# Piemēra izmantošana
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("Vārīšanās punkta paaugstināšana: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("Jaunais vārīšanās punkts: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36
Vārīšanās punkta paaugstināšana ir temperatūras palielināšanās, kas notiek, kad nenovalkojams šķīdums tiek izšķīdināts tīrā šķīdinātājā. Tā ir tieši proporcionāla šķīduma daļiņu koncentrācijai un ir koligatīva īpašība, kas nozīmē, ka tā ir atkarīga no daļiņu skaita, nevis to identitātes.
Vārīšanās punkta paaugstināšana (ΔTb) tiek aprēķināta, izmantojot formulu ΔTb = Kb × m, kur Kb ir šķīdinātāja vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante un m ir šķīduma molalitāte (moles uz kilogramu šķīdinātāja).
Vārīšanās punkta paaugstināšanas konstante (Kb) ir īpašība, kas ir specifiska katram šķīdinātājam un attiecina šķīduma molalitāti uz tā vārīšanās punkta paaugstināšanu. Tā atspoguļo vārīšanās punkta paaugstināšanu, kad šķīdumam ir molalitāte 1 mol/kg. Ūdenim Kb ir 0.512 °C·kg/mol.
Pievienojot sāli ūdenim, palielinās tā vārīšanās punkts, jo izšķīdušās sāls joni traucē ūdens molekulu spēju izkļūt tvaika fāzē. Tas prasa vairāk siltuma enerģijas (augstāku temperatūru), lai vārīšanās notiktu. Tāpēc sālsūdens vārās nedaudz augstākā temperatūrā.
Ideālos šķīdumos vārīšanās punkta paaugstināšana ir atkarīga tikai no daļiņu skaita šķīdumā, nevis to identitātes. Tomēr, piemēram, jonu savienojumiem, piemēram, NaCl, kas izdalās vairākās daļiņās, efekts tiek reizināts ar veidojošo jonu skaitu. Tas tiek ņemts vērā, izmantojot van 't Hoff faktoru detalizētākos aprēķinos.
Augstās augstumos ūdens vārās zemākā temperatūrā, jo samazināts atmosfēras spiediens. Pievienojot sāli, nedaudz paaugstinās vārīšanās punkts, kas var nedaudz uzlabot gatavošanas efektivitāti, lai gan efekts ir neliels salīdzinājumā ar spiediena efektu. Tāpēc gatavošanas laiki augstās augstumos ir jāpalielina.
Jā, mērot šķīduma vārīšanās punkta paaugstināšanu ar zināmu izšķīdušā šķīduma masu, var noteikt šķīduma molekulāro svaru. Šī tehnika, ko sauc par ebuliometriju, vēsturiski bija svarīga molekulāro svaru noteikšanai pirms mūsdienu spektroskopijas metodēm.
Abas ir koligatīvas īpašības, kas atkarīgas no šķīduma daļiņu koncentrācijas. Vārīšanās punkta paaugstināšana attiecas uz temperatūras palielināšanos, pievienojot šķīdumus, kamēr sasalšanas punkta pazemināšana attiecas uz temperatūras samazināšanos. Tām ir līdzīgas formulas, taču atšķirīgas konstantas (Kb vārīšanās punktam un Kf sasalšanas punktam).
Formula ΔTb = Kb × m ir visprecīzākā atšķaidītiem šķīdumiem, kur šķīduma daļiņu mijiedarbība ir minimāla. Koncentrētiem šķīdumiem vai šķīdumiem ar spēcīgām šķīduma-šķīdinātāja mijiedarbībām var rasties novirzes no ideālas uzvedības, un var būt nepieciešami sarežģītāki modeļi.
Nē, vārīšanās punkta paaugstināšana nevar būt negatīva nenovalkojamiem šķīdumiem. Pievienojot nenovalkojamu šķīdumu, vienmēr palielinās šķīdinātāja vārīšanās punkts. Tomēr, ja šķīdums ir volatīvs (tam ir nozīmīgs tvaika spiediens), uzvedība kļūst sarežģītāka un neievēro vienkāršo vārīšanās punkta paaugstināšanas formulu.
Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10. izdevums). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12. izdevums). McGraw-Hill Education.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11. izdevums). Pearson.
Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry (6. izdevums). McGraw-Hill Education.
Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. W. (2017). Chemistry: The Central Science (14. izdevums). Pearson.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2014). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7. izdevums). McGraw-Hill Education.
"Vārīšanās punkta paaugstināšana." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://lv.wikipedia.org/wiki/V%C4%81r%C4%AB%C5%A1anas_punkta_paaugstin%C4%81%C5%A1ana. Piekļuve 2024. gada 2. augustā.
"Koligatīvās īpašības." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://lv.wikipedia.org/wiki/Koligat%C4%ABv%C4%81s_%C4%AEpa%C5%A1%C4%ABbas. Piekļuve 2024. gada 2. augustā.
Izmēģiniet mūsu Vārīšanās Punkta Paaugstināšanas Kalkulatoru jau šodien, lai ātri un precīzi noteiktu, kā izšķīdušie šķīdumi ietekmē jūsu šķīdumu vārīšanās punktus. Neatkarīgi no tā, vai tas ir izglītības nolūkos, laboratorijas darbā vai praktiskos pielietojumos, šis rīks nodrošina tūlītējus rezultātus, pamatojoties uz izveidotajiem zinātniskajiem principiem.
Atklājiet vairāk rīku, kas varētu būt noderīgi jūsu darbplūsmai