Kalkulator Podniesienia Temperatury Wrzenia | Darmowe Narzędzie Online

Kalkulator podwyższenia temperatury wrzenia

Kalkulator podwyższenia temperatury wrzenia określa, o ile wyższa jest temperatura wrzenia roztworu niż temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika, z którego został on sporządzony. Wykorzystuje molalność substancji rozpuszczonej, stałą ebuliometryczną rozpuszczalnika oraz liczbę cząstek, na które rozpada się każda jednostka substancji rozpuszczonej w roztworze.

Czym jest podwyższenie temperatury wrzenia?

Podwyższenie temperatury wrzenia to wzrost temperatury wrzenia występujący po rozpuszczeniu substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Czysta woda wrze w temperaturze 100 °C przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Woda z rozpuszczoną solą lub cukrem wrze w nieco wyższej temperaturze.

Zjawisko to zachodzi, ponieważ rozpuszczone cząstki utrudniają cząsteczkom rozpuszczalnika wydostawanie się do fazy parowej. Do zagotowania cieczy potrzebna jest większa energia cieplna, więc temperatura wrzenia wzrasta.

Podwyższenie temperatury wrzenia jest właściwością koligatywną. Oznacza to, że zależy od liczby cząstek substancji rozpuszczonej w roztworze, a nie od tego, czym są te cząstki. Cząsteczka cukru i cząsteczka soli podwyższają temperaturę wrzenia w różnym stopniu wyłącznie dlatego, że sól rozpada się podczas rozpuszczania na większą liczbę cząstek, a nie dlatego, że te dwie substancje różnią się chemicznie w jakikolwiek inny istotny sposób.

Jak obliczać podwyższenie temperatury wrzenia

Wzór jest następujący:

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

• ΔTb to podwyższenie temperatury wrzenia w °C.
• i to współczynnik van ’t Hoffa, czyli liczba cząstek powstających z jednej jednostki substancji rozpuszczonej podczas rozpuszczania.
• Kb to stała ebuliometryczna rozpuszczalnika w °C·kg/mol.
• m to molalność roztworu: liczba moli substancji rozpuszczonej przypadająca na kilogram rozpuszczalnika, w mol/kg.

Nową temperaturę wrzenia roztworu otrzymuje się, dodając to podwyższenie do normalnej temperatury wrzenia rozpuszczalnika:

$T_b(\text{roztwór}) = T_b(\text{czysty rozpuszczalnik}) + \Delta T_b$

Współczynnik van ’t Hoffa

Substancja rozpuszczona, która pozostaje w roztworze w postaci całych cząsteczek, taka jak glukoza lub sacharoza, ma i = 1. Związek jonowy, który rozpada się na jony, taki jak sól kuchenna, ma większą wartość i, ponieważ każda jednostka wzoru rozpada się na więcej niż jedną cząstkę:

• i = 1: nieelektrolity, takie jak glukoza i sacharoza, które nie rozpadają się na jony.
• i = 2: NaCl i KCl, z których każdy rozpada się na dwa jony, na przykład Na⁺ i Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ i Na₂SO₄, z których każdy rozpada się na trzy jony.

Są to wartości idealne, zakładające całkowitą dysocjację. Rzeczywiste roztwory, zwłaszcza stężone, dysocjują w nieco mniejszym stopniu, dlatego zmierzone podwyższenie może być nieco niższe niż przewidywane przez wzór idealny.

Stałe ebuliometryczne często stosowanych rozpuszczalników

Każdy rozpuszczalnik ma własną stałą ebuliometryczną i własną normalną temperaturę wrzenia:

Przykład obliczeniowy

Przykład 1: cukier rozpuszczony w wodzie

Cukier (sacharoza) nie rozpada się w wodzie na jony, więc i = 1.

• Rozpuszczalnik: woda, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normalna temperatura wrzenia 100 °C
• Molalność: 1,5 mol/kg
• Współczynnik van ’t Hoffa: i = 1

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

Roztwór wrze w temperaturze 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Przykład 2: sól kuchenna rozpuszczona w wodzie

Sól kuchenna (NaCl) rozpada się na jon sodu i jon chlorkowy, więc i = 2.

• Rozpuszczalnik: woda, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, normalna temperatura wrzenia 100 °C
• Molalność: 1,5 mol/kg
• Współczynnik van ’t Hoffa: i = 2

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

Roztwór wrze w temperaturze 100 + 1,536 = 101,536 °C. Przy tej samej molalności sól podwyższa temperaturę wrzenia dokładnie dwukrotnie bardziej niż nieelektrolit, ponieważ każda rozpuszczona jednostka wytwarza dwie cząstki zamiast jednej.

Jak korzystać z kalkulatora

1. Wprowadź molalność roztworu w mol/kg.
2. Wprowadź stałą ebuliometryczną rozpuszczalnika lub wybierz często stosowany rozpuszczalnik z listy, aby wypełnić to pole automatycznie.
3. Wprowadź współczynnik van ’t Hoffa: 1 dla substancji rozpuszczonej o budowie cząsteczkowej, 2 dla soli takiej jak NaCl, 3 dla soli takiej jak CaCl₂.
4. Wprowadź normalną temperaturę wrzenia czystego rozpuszczalnika w °C. Wybranie rozpuszczalnika z listy również wypełnia to pole, więc dla wody pojawi się 100 °C, a dla benzenu 80,1 °C.
5. Odczytaj podwyższenie temperatury wrzenia oraz wynikową temperaturę wrzenia roztworu.

Ręczna zmiana stałej ebuliometrycznej lub temperatury wrzenia usuwa rozpuszczalnik wyświetlany na liście, dzięki czemu nazwany rozpuszczalnik nigdy nie zostaje połączony z wartościami innego rozpuszczalnika. Pozostawienie pustego pola temperatury wrzenia nadal pozwala obliczyć podwyższenie, ale bez tej wartości nie można wyznaczyć temperatury wrzenia roztworu.

Jeśli molalność wynosi zero, podwyższenie wynosi zero, a roztwór wrze w normalnej temperaturze wrzenia rozpuszczalnika. Wartości ujemne nie są akceptowane dla molalności, stałej ebuliometrycznej ani liczby cząstek, ponieważ żadna z tych wartości nie może być ujemna.

Dlaczego podwyższenie temperatury wrzenia ma znaczenie

• Gotowanie. Woda z solą wrze w nieco wyższej temperaturze niż czysta woda, choć zmiana ta jest zbyt mała, aby sama w sobie zauważalnie wpłynąć na szybkość gotowania.
• Destylacja i inżynieria chemiczna. Wiedza o tym, jak substancje rozpuszczone zmieniają temperatury wrzenia, pomaga projektować procesy rozdzielania.
• Wyznaczanie masy cząsteczkowej. Pomiar podwyższenia temperatury wrzenia roztworu o znanej masie substancji rozpuszczonej może służyć do oszacowania jej masy molowej; metoda ta nosi nazwę ebuliometrii.
• Środki zapobiegające zamarzaniu i układy chłodzenia. Ta sama zasada koligatywna, która podwyższa temperaturę wrzenia, obniża również temperaturę krzepnięcia, dlatego mieszaniny chłodzące zawierają rozpuszczone substancje zwiększające zakres temperatur, w którym ciecz pozostaje płynna.

Powiązane właściwości koligatywne

Podwyższenie temperatury wrzenia jest jedną z kilku właściwości koligatywnych:

• Obniżenie temperatury krzepnięcia: ΔTf = i × Kf × m, gdzie Kf to stała krioskopowa. Z tego powodu sól rozsypuje się na oblodzonych drogach.
• Obniżenie prężności pary, opisywane prawem Raoulta.
• Ciśnienie osmotyczne, które powoduje przemieszczanie się wody przez błony komórek biologicznych.

Często zadawane pytania

Czym jest podwyższenie temperatury wrzenia? Jest to wzrost temperatury wrzenia cieczy występujący po rozpuszczeniu w niej substancji rozpuszczonej. Jest to właściwość koligatywna, więc zależy od liczby rozpuszczonych cząstek, a nie od tego, z czego są zbudowane.

Jaki jest wzór na podwyższenie temperatury wrzenia? ΔTb = i × Kb × m, gdzie i to współczynnik van ’t Hoffa, Kb to stała ebuliometryczna rozpuszczalnika, a m to molalność roztworu.

Czym jest współczynnik van ’t Hoffa? Jest to liczba cząstek powstających z jednej jednostki wzoru substancji rozpuszczonej podczas rozpuszczania. Substancje rozpuszczone o budowie cząsteczkowej, takie jak cukier, mają i = 1. Sole rozpadające się na jony mają większe wartości: i = 2 dla NaCl, i = 3 dla CaCl₂.

Dlaczego sól podwyższa temperaturę wrzenia wody bardziej niż cukier? Przy tej samej molalności NaCl wytwarza dwa razy więcej rozpuszczonych cząstek niż cukier, ponieważ rozpada się na dwa jony. Ponieważ podwyższenie temperatury wrzenia zależy od liczby cząstek, wpływ soli jest około dwa razy większy.

Czy podwyższenie temperatury wrzenia zależy od rodzaju użytej substancji rozpuszczonej? Tylko za pośrednictwem liczby wytwarzanych przez nią cząstek. Dwa różne nieelektrolity o tej samej molalności podwyższają temperaturę wrzenia o taką samą wartość.

Czy podwyższenie temperatury wrzenia może być ujemne? Nie, w przypadku nielotnej substancji rozpuszczonej temperatura wrzenia zawsze wzrasta i nigdy nie spada. Substancja rozpuszczona, która sama jest lotna, zachowuje się inaczej i nie jest objęta tym wzorem.