Calculator pentru Creșterea Punctului de Fierbere | Instrument Online Gratuit

Calculator pentru creșterea punctului de fierbere

Un calculator pentru creșterea punctului de fierbere determină cu cât fierbe o soluție la o temperatură mai mare decât solventul pur din care este preparată. Acesta folosește molalitatea substanței dizolvate, constanta ebullioscopică a solventului și numărul de particule în care se descompune fiecare unitate de solut în soluție.

Ce este creșterea punctului de fierbere?

Creșterea punctului de fierbere este majorarea temperaturii de fierbere care apare atunci când un solut este dizolvat într-un solvent. Apa pură fierbe la 100 °C la presiunea atmosferică normală. Apa în care s-au dizolvat sare sau zahăr fierbe la o temperatură puțin mai mare.

Efectul apare deoarece particulele dizolvate împiedică moleculele solventului să treacă în vapori. Pentru fierberea lichidului este necesară mai multă energie termică, astfel că punctul de fierbere crește.

Creșterea punctului de fierbere este o proprietate coligativă. Aceasta depinde de numărul particulelor de solut din soluție, nu de natura particulelor. O moleculă de zahăr și o moleculă de sare cresc punctul de fierbere diferit numai deoarece sarea se descompune în mai multe particule atunci când se dizolvă, nu deoarece cele două substanțe sunt diferite din punct de vedere chimic într-un alt mod relevant.

Cum se calculează creșterea punctului de fierbere

Formula este:

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

• ΔTb este creșterea punctului de fierbere, în °C.
• i este factorul van 't Hoff, adică numărul de particule produse la dizolvare de o unitate de solut.
• Kb este constanta ebullioscopică a solventului, în °C·kg/mol.
• m este molalitatea soluției: numărul de moli de solut pe kilogram de solvent, în mol/kg.

Noul punct de fierbere al soluției este punctul normal de fierbere al solventului plus această creștere:

$T_b(\text{soluție}) = T_b(\text{solvent pur}) + \Delta T_b$

Factorul van 't Hoff

Un solut care rămâne sub formă de molecule întregi în soluție, precum glucoza sau zaharoza, are i = 1. Un compus ionic care se descompune, precum sarea de bucătărie, are un i mai mare, deoarece fiecare unitate de formulă devine mai mult de o particulă:

• i = 1: neelectroliți, precum glucoza și zaharoza, care nu se descompun.
• i = 2: NaCl și KCl, fiecare descompunându-se în doi ioni (de exemplu, Na⁺ și Cl⁻).
• i = 3: CaCl₂ și Na₂SO₄, fiecare descompunându-se în trei ioni.

Acestea sunt valori ideale, care presupun disocierea completă. Soluțiile reale, mai ales cele concentrate, se disociază într-o măsură puțin mai mică, astfel că valoarea măsurată a creșterii poate fi puțin mai mică decât cea prevăzută de formula ideală.

Constante ebullioscopice ale solvenților obișnuiți

Fiecare solvent are propria constantă ebullioscopică și propriul punct normal de fierbere:

Exemplu de calcul

Exemplul 1: zahăr dizolvat în apă

Zahărul (zaharoză) nu se descompune în ioni în apă, deci i = 1.

• Solvent: apă, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, punct normal de fierbere 100 °C
• Molalitate: 1,5 mol/kg
• Factorul van 't Hoff: i = 1

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

Soluția fierbe la 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Exemplul 2: sare de bucătărie dizolvată în apă

Sarea de bucătărie (NaCl) se descompune într-un ion de sodiu și un ion de clorură, deci i = 2.

• Solvent: apă, $K_b$ = 0,512 °C·kg/mol, punct normal de fierbere 100 °C
• Molalitate: 1,5 mol/kg
• Factorul van 't Hoff: i = 2

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

Soluția fierbe la 100 + 1,536 = 101,536 °C. La aceeași molalitate, sarea crește punctul de fierbere exact de două ori mai mult decât un neelectrolit, deoarece fiecare unitate dizolvată produce două particule în loc de una.

Cum se utilizează calculatorul

1. Introduceți molalitatea soluției, în mol/kg.
2. Introduceți constanta ebullioscopică a solventului sau selectați un solvent obișnuit din listă pentru a o completa automat.
3. Introduceți factorul van 't Hoff: 1 pentru un solut molecular, 2 pentru o sare precum NaCl, 3 pentru o sare precum CaCl₂.
4. Introduceți punctul normal de fierbere al solventului pur, în °C. Selectarea unui solvent din listă completează și această valoare, astfel că pentru apă se afișează 100 °C, iar pentru benzen 80,1 °C.
5. Citiți creșterea punctului de fierbere și punctul de fierbere rezultat al soluției.

Modificarea manuală a constantei ebullioscopice sau a punctului de fierbere elimină solventul afișat în listă, astfel încât un solvent denumit nu este asociat niciodată cu valorile altui solvent. Dacă punctul de fierbere este lăsat necompletat, creșterea este calculată în continuare, dar punctul de fierbere al soluției nu poate fi determinat fără acesta.

Dacă molalitatea este zero, creșterea este zero, iar soluția fierbe la punctul normal de fierbere al solventului. Nu sunt acceptate valori negative pentru molalitate, constanta ebullioscopică sau numărul de particule, deoarece niciuna dintre acestea nu poate fi negativă.

De ce este importantă creșterea punctului de fierbere

• Gătit. Apa sărată fierbe la o temperatură puțin mai mare decât apa simplă, deși modificarea este prea mică pentru a afecta vizibil viteza de gătire de una singură.
• Distilare și inginerie chimică. Cunoașterea modului în care solutele modifică punctele de fierbere ajută la proiectarea proceselor de separare.
• Determinarea masei moleculare. Măsurarea creșterii punctului de fierbere al unei soluții cu o masă cunoscută de solut poate fi folosită pentru estimarea masei molare a solutului, printr-o metodă numită ebullioscopie.
• Sisteme cu antigel și lichid de răcire. Același principiu coligativ care crește punctele de fierbere scade și punctele de îngheț, motiv pentru care amestecurile de lichid de răcire folosesc solute dizolvate pentru a extinde intervalul de temperatură în care fluidul rămâne lichid.

Proprietăți coligative asociate

Creșterea punctului de fierbere este una dintre mai multe proprietăți coligative:

• Scăderea punctului de îngheț: ΔTf = i × Kf × m, unde Kf este constanta crioscopică. De aceea se împrăștie sare pe drumurile acoperite cu gheață.
• Scăderea presiunii vaporilor, descrisă de legea lui Raoult.
• Presiunea osmotică, care determină deplasarea apei prin membranele celulelor biologice.

Întrebări frecvente

Ce este creșterea punctului de fierbere? Este creșterea temperaturii de fierbere a unui lichid care apare atunci când un solut este dizolvat în acesta. Este o proprietate coligativă, deci depinde de numărul particulelor dizolvate, nu de natura lor.

Care este formula pentru creșterea punctului de fierbere? ΔTb = i × Kb × m, unde i este factorul van 't Hoff, Kb este constanta ebullioscopică a solventului, iar m este molalitatea soluției.

Ce este factorul van 't Hoff? Este numărul de particule produse la dizolvare de o unitate de formulă a solutului. Solutele moleculare, precum zahărul, au i = 1. Sărurile care se descompun în ioni au valori mai mari: i = 2 pentru NaCl, i = 3 pentru CaCl₂.

De ce crește sarea punctul de fierbere al apei mai mult decât zahărul? La aceeași molalitate, NaCl produce de două ori mai multe particule dizolvate decât zahărul, deoarece se descompune în doi ioni. Deoarece creșterea punctului de fierbere depinde de numărul particulelor, efectul sării este aproximativ de două ori mai mare.

Depinde creșterea punctului de fierbere de solutul folosit? Doar prin numărul de particule pe care le produce. Doi neelectroliți diferiți, la aceeași molalitate, cresc punctul de fierbere cu aceeași valoare.

Poate fi negativă creșterea punctului de fierbere? Nu, pentru un solut nevolatil punctul de fierbere crește întotdeauna, nu scade niciodată. Un solut care este el însuși volatil se comportă diferit și nu este descris de această formulă.