Oblicz, jak bardzo rozpuszczalnik podnosi temperaturę wrzenia przy użyciu wartości molalności i stałych ebuliometrycznych. Niezbędne w chemii, inżynierii chemicznej i naukach o żywności.
Oblicz wzrost temperatury wrzenia roztworu na podstawie molalności substancji rozpuszczonej i stałej ebuliometrycznej rozpuszczalnika.
Stężenie substancji rozpuszczonej w molach na kilogram rozpuszczalnika.
Właściwość rozpuszczalnika, która łączy molalność z wzrostem temperatury wrzenia.
Wybierz typowy rozpuszczalnik, aby automatycznie ustawić jego stałą ebuliometryczną.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °C
Wzrost temperatury wrzenia jest właściwością koligacyjną, która występuje, gdy do czystego rozpuszczalnika dodawana jest substancja rozpuszczona, która nie paruje. Obecność substancji rozpuszczonej powoduje, że temperatura wrzenia roztworu jest wyższa niż temperatura czystego rozpuszczalnika.
Formuła ΔTb = Kb × m łączy wzrost temperatury wrzenia (ΔTb) z molalnością roztworu (m) i stałą ebuliometryczną (Kb) rozpuszczalnika.
Typowe stałe ebuliometryczne: Woda (0.512 °C·kg/mol), Etanol (1.22 °C·kg/mol), Benzen (2.53 °C·kg/mol), Kwas octowy (3.07 °C·kg/mol).
Podwyższenie temperatury wrzenia to podstawowa właściwość koligacyjna, która występuje, gdy do czystego rozpuszczalnika dodawany jest rozpuszczalnik nielotny. Kalkulator podwyższenia temperatury wrzenia pomaga określić, o ile wzrasta temperatura wrzenia roztworu w porównaniu do czystego rozpuszczalnika. Zjawisko to ma kluczowe znaczenie w różnych dziedzinach, w tym chemii, inżynierii chemicznej, naukach o żywności i produkcji farmaceutycznej.
Gdy dodajesz rozpuszczalnik (taki jak sól lub cukier) do czystego rozpuszczalnika (takiego jak woda), temperatura wrzenia powstałego roztworu staje się wyższa niż temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki rozpuszczonego rozpuszczalnika zakłócają zdolność rozpuszczalnika do ucieczki w fazę pary, co wymaga większej energii cieplnej (wyższej temperatury), aby osiągnąć wrzenie.
Nasz kalkulator wdraża standardowy wzór na podwyższenie temperatury wrzenia (ΔTb = Kb × m), zapewniając łatwy sposób na obliczenie tej ważnej właściwości bez skomplikowanych obliczeń ręcznych. Niezależnie od tego, czy jesteś studentem badającym właściwości koligacyjne, badaczem pracującym z roztworami, czy inżynierem projektującym procesy destylacji, to narzędzie oferuje szybki i dokładny sposób na określenie podwyższeń temperatury wrzenia.
Podwyższenie temperatury wrzenia (ΔTb) oblicza się za pomocą prostego, ale potężnego wzoru:
Gdzie:
Ten wzór działa, ponieważ podwyższenie temperatury wrzenia jest proporcjonalne do stężenia cząsteczek rozpuszczalnika w roztworze. Stała ebuliometryczna (Kb) służy jako czynnik proporcjonalności, który łączy molalność z rzeczywistym wzrostem temperatury.
Różne rozpuszczalniki mają różne stałe ebuliometryczne, odzwierciedlające ich unikalne właściwości molekularne:
Rozpuszczalnik | Stała ebuliometryczna (Kb) | Normalna temperatura wrzenia |
---|---|---|
Woda | 0.512 °C·kg/mol | 100.0 °C |
Etanol | 1.22 °C·kg/mol | 78.37 °C |
Benzen | 2.53 °C·kg/mol | 80.1 °C |
Kwas octowy | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
Cykloheksan | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
Chloroform | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
Wzór na podwyższenie temperatury wrzenia wyprowadzono z zasad termodynamiki. W temperaturze wrzenia potencjał chemiczny rozpuszczalnika w fazie ciekłej jest równy temu w fazie pary. Gdy dodawany jest rozpuszczalnik, obniża to potencjał chemiczny rozpuszczalnika w fazie ciekłej, co wymaga wyższej temperatury, aby zrównoważyć potencjały.
Dla rozcieńczonych roztworów można wyrazić tę zależność jako:
Gdzie:
Termin jest skonsolidowany w stałej ebuliometrycznej (Kb), co daje nam nasz uproszczony wzór.
Nasz kalkulator ułatwia określenie podwyższenia temperatury wrzenia roztworu. Wykonaj następujące kroki:
Wprowadź molalność (m) swojego roztworu w mol/kg
Wprowadź stałą ebuliometryczną (Kb) swojego rozpuszczalnika w °C·kg/mol
Zobacz wynik
Skopiuj wynik, jeśli potrzebujesz go do swoich zapisów lub obliczeń
Kalkulator oferuje również wizualną reprezentację podwyższenia temperatury wrzenia, pokazując różnicę między temperaturą wrzenia czystego rozpuszczalnika a podwyższoną temperaturą wrzenia roztworu.
Przyjrzyjmy się przykładowi:
Używając wzoru ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
Dlatego temperatura wrzenia tego roztworu soli wynosiłaby 100.768 °C (w porównaniu do 100 °C dla czystej wody).
Kalkulator obsługuje kilka przypadków szczególnych:
Podwyższenie temperatury wrzenia jest kluczowe w:
Zasada ta ma zastosowanie w:
Podwyższenie temperatury wrzenia ma znaczenie w:
Zastosowania obejmują:
Na dużych wysokościach woda wrze w niższych temperaturach z powodu obniżonego ciśnienia atmosferycznego. Aby to zrekompensować:
Na przykład, na wysokości 5000 stóp woda wrze w około 95°C. Dodanie 1 mol/kg soli podniosłoby to do około 95.5°C, nieznacznie poprawiając efektywność gotowania.
Podwyższenie temperatury wrzenia jest jedną z kilku właściwości koligacyjnych, które zależą od stężenia cząsteczek rozpuszczalnika, a nie od ich tożsamości. Inne związane właściwości obejmują:
Obniżenie temperatury zamarzania: Spadek temperatury zamarzania, gdy do rozpuszczalników dodawane są rozpuszczalniki
Obniżenie ciśnienia pary: Redukcja ciśnienia pary rozpuszczalnika z powodu rozpuszczonych rozpuszczalników
Ciśnienie osmotyczne: Ciśnienie wymagane do zapobieżenia przepływowi rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę
Każda z tych właściwości dostarcza różnych informacji na temat zachowania roztworów i może być bardziej odpowiednia w zależności od konkretnej aplikacji.
Zjawisko podwyższenia temperatury wrzenia było obserwowane przez wieki, chociaż jego naukowe zrozumienie rozwijało się bardziej niedawno:
Systematyczne badanie podwyższenia temperatury wrzenia rozpoczęło się w XIX wieku:
W XX i XXI wieku zrozumienie podwyższenia temperatury wrzenia znalazło zastosowanie w licznych technologiach:
Matematyczna zależność między stężeniem a podwyższeniem temperatury wrzenia pozostaje spójna, chociaż nasze zrozumienie mechanizmów molekularnych pogłębiło się dzięki postępom w chemii fizycznej i termodynamice.
1' Formuła Excel do obliczania podwyższenia temperatury wrzenia
2=B2*C2
3' Gdzie B2 zawiera stałą ebuliometryczną (Kb)
4' a C2 zawiera molalność (m)
5
6' Aby obliczyć nową temperaturę wrzenia:
7=D2+E2
8' Gdzie D2 zawiera normalną temperaturę wrzenia rozpuszczalnika
9' a E2 zawiera obliczone podwyższenie temperatury wrzenia
10
1def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 Oblicz podwyższenie temperatury wrzenia roztworu.
4
5 Parametry:
6 molalność (float): Molalność roztworu w mol/kg
7 stała ebuliometryczna (float): Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
8
9 Zwraca:
10 float: Podwyższenie temperatury wrzenia w °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("Molalność i stała ebuliometryczna muszą być nieujemne")
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 Oblicz nową temperaturę wrzenia roztworu.
21
22 Parametry:
23 normalna temperatura wrzenia (float): Normalna temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika w °C
24 molalność (float): Molalność roztworu w mol/kg
25 stała ebuliometryczna (float): Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
26
27 Zwraca:
28 float: Nowa temperatura wrzenia w °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# Przykład użycia
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"Podwyższenie temperatury wrzenia: {elevation:.4f} °C")
42print(f"Nowa temperatura wrzenia: {new_boiling_point:.4f} °C")
43
1/**
2 * Oblicz podwyższenie temperatury wrzenia roztworu.
3 * @param {number} molalność - Molalność roztworu w mol/kg
4 * @param {number} stałaEbuliometryczna - Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
5 * @returns {number} Podwyższenie temperatury wrzenia w °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("Molalność i stała ebuliometryczna muszą być nieujemne");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * Oblicz nową temperaturę wrzenia roztworu.
17 * @param {number} normalnaTemperaturaWrzenia - Normalna temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika w °C
18 * @param {number} molalność - Molalność roztworu w mol/kg
19 * @param {number} stałaEbuliometryczna - Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
20 * @returns {number} Nowa temperatura wrzenia w °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// Przykład użycia
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(`Podwyższenie temperatury wrzenia: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`Nowa temperatura wrzenia: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
37
1#' Oblicz podwyższenie temperatury wrzenia roztworu
2#'
3#' @param molalność Molalność roztworu w mol/kg
4#' @param stałaEbuliometryczna Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
5#' @return Podwyższenie temperatury wrzenia w °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("Molalność i stała ebuliometryczna muszą być nieujemne")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' Oblicz nową temperaturę wrzenia roztworu
16#'
17#' @param normalnaTemperaturaWrzenia Normalna temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika w °C
18#' @param molalność Molalność roztworu w mol/kg
19#' @param stałaEbuliometryczna Stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol
20#' @return Nowa temperatura wrzenia w °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# Przykład użycia
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("Podwyższenie temperatury wrzenia: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("Nowa temperatura wrzenia: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36
Podwyższenie temperatury wrzenia to wzrost temperatury wrzenia, który występuje, gdy do czystego rozpuszczalnika dodawany jest rozpuszczalnik nielotny. Jest to właściwość koligacyjna, co oznacza, że zależy od liczby cząsteczek, a nie od ich tożsamości.
Podwyższenie temperatury wrzenia (ΔTb) oblicza się za pomocą wzoru ΔTb = Kb × m, gdzie Kb to stała ebuliometryczna rozpuszczalnika, a m to molalność roztworu (mole rozpuszczalnika na kilogram rozpuszczalnika).
Stała ebuliometryczna (Kb) to właściwość specyficzna dla każdego rozpuszczalnika, która łączy molalność roztworu z jego podwyższeniem temperatury wrzenia. Reprezentuje podwyższenie temperatury wrzenia, gdy roztwór ma molalność 1 mol/kg. Dla wody Kb wynosi 0.512 °C·kg/mol.
Dodanie soli do wody zwiększa jej temperaturę wrzenia, ponieważ rozpuszczone jony soli zakłócają zdolność cząsteczek wody do ucieczki w fazę pary. Wymaga to większej energii cieplnej (wyższej temperatury), aby osiągnąć wrzenie. Dlatego solona woda do gotowania makaronu wrze w nieco wyższej temperaturze.
Dla idealnych roztworów podwyższenie temperatury wrzenia zależy tylko od liczby cząsteczek w roztworze, a nie od ich tożsamości. Jednak dla związków jonowych, takich jak NaCl, które dysocjują na wiele jonów, efekt jest mnożony przez liczbę utworzonych jonów. To uwzględnia się w bardziej szczegółowych obliczeniach poprzez czynnik van 't Hoffa.
Na dużych wysokościach woda wrze w niższych temperaturach z powodu obniżonego ciśnienia atmosferycznego. Dodanie soli nieznacznie podnosi temperaturę wrzenia, co może nieznacznie poprawić efektywność gotowania, chociaż efekt jest niewielki w porównaniu do wpływu ciśnienia. Dlatego czasy gotowania muszą być wydłużane na dużych wysokościach.
Tak, pomiar podwyższenia temperatury wrzenia roztworu z znaną masą rozpuszczalnika może być wykorzystany do określenia masy molowej rozpuszczalnika. Ta technika, znana jako ebulioskopia, miała historyczne znaczenie dla określania mas molowych przed nowoczesnymi metodami spektroskopowymi.
Obie są właściwościami koligacyjnymi, które zależą od stężenia rozpuszczalnika. Podwyższenie temperatury wrzenia odnosi się do wzrostu temperatury wrzenia, gdy dodawane są rozpuszczalniki, podczas gdy obniżenie temperatury zamarzania odnosi się do spadku temperatury zamarzania. Używają podobnych wzorów, ale różnych stałych (Kb dla podwyższenia temperatury wrzenia i Kf dla obniżenia temperatury zamarzania).
Wzór ΔTb = Kb × m jest najdokładniejszy dla rozcieńczonych roztworów, w których interakcje rozpuszczalnik-rozpuszczalnik są minimalne. Dla skoncentrowanych roztworów lub roztworów z silnymi interakcjami rozpuszczalnik-rozpuszczalnik mogą wystąpić odchylenia od idealnego zachowania, a do bardziej złożonych modeli mogą być potrzebne.
Nie, podwyższenie temperatury wrzenia nie może być ujemne dla rozpuszczalników nielotnych. Dodanie rozpuszczalnika nielotnego zawsze zwiększa temperaturę wrzenia rozpuszczalnika. Jednak jeśli rozpuszczalnik jest lotny (ma własne znaczące ciśnienie pary), zachowanie staje się bardziej skomplikowane i nie podlega prostemu wzorowi na podwyższenie temperatury wrzenia.
Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th ed.). Pearson.
Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry (6th ed.). 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 (14th ed.). Pearson.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2014). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7th ed.). McGraw-Hill Education.
"Podwyższenie temperatury wrzenia." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://pl.wikipedia.org/wiki/Podwyższenie_temperatury_wrzenia. Dostęp 2 sie 2024.
"Właściwości koligacyjne." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://pl.wikipedia.org/wiki/Właściwości_koligacyjne. Dostęp 2 sie 2024.
Wypróbuj nasz Kalkulator podwyższenia temperatury wrzenia już dziś, aby szybko i dokładnie określić, jak rozpuszczone rozpuszczalniki wpływają na temperaturę wrzenia Twoich roztworów. Niezależnie od tego, czy jest to cel edukacyjny, praca laboratoryjna, czy praktyczne zastosowania, to narzędzie zapewnia natychmiastowe wyniki oparte na ustalonych zasadach naukowych.
Odkryj więcej narzędzi, które mogą być przydatne dla Twojego przepływu pracy