Калькулятор повышения температуры кипения | Бесплатный онлайн-инструмент

Калькулятор повышения температуры кипения

Калькулятор повышения температуры кипения определяет, насколько выше кипит раствор по сравнению с чистым растворителем, из которого он приготовлен. Он использует моляльность растворённого вещества, эбуллиоскопическую постоянную растворителя и число частиц, на которые распадается каждая формульная единица растворённого вещества в растворе.

Что такое повышение температуры кипения?

Повышение температуры кипения — это увеличение температуры кипения, которое происходит при растворении вещества в растворителе. Чистая вода кипит при 100 °C при нормальном атмосферном давлении. Вода с растворённой солью или сахаром кипит при немного более высокой температуре.

Это происходит потому, что растворённые частицы препятствуют молекулам растворителя, пытающимся перейти в пар. Для кипения жидкости требуется больше тепловой энергии, поэтому температура кипения повышается.

Повышение температуры кипения — это коллигативное свойство. Это означает, что оно зависит от числа частиц растворённого вещества в растворе, а не от того, что это за частицы. Молекула сахара и частица соли повышают температуру кипения по-разному только потому, что соль при растворении распадается на большее число частиц, а не из-за какого-либо другого значимого химического различия между этими веществами.

Как рассчитать повышение температуры кипения

Формула:

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

• ΔTb — повышение температуры кипения в °C.
• i — фактор Вант-Гоффа, то есть число частиц, образующихся при растворении одной формульной единицы растворённого вещества.
• Kb — эбуллиоскопическая постоянная растворителя в °C·кг/моль.
• m — моляльность раствора: число молей растворённого вещества на килограмм растворителя, в моль/кг.

Новая температура кипения раствора равна нормальной температуре кипения растворителя плюс это повышение:

$T_b(\text{раствор}) = T_b(\text{чистый растворитель}) + \Delta T_b$

Фактор Вант-Гоффа

Растворённое вещество, сохраняющееся в растворе в виде целых молекул, например глюкоза или сахароза, имеет i = 1. Ионное соединение, распадающееся на частицы, например поваренная соль, имеет более высокий i, поскольку каждая формульная единица превращается более чем в одну частицу:

• i = 1: неэлектролиты, например глюкоза и сахароза, которые не распадаются на частицы.
• i = 2: NaCl и KCl, каждый из которых распадается на два иона, например Na⁺ и Cl⁻.
• i = 3: CaCl₂ и Na₂SO₄, каждый из которых распадается на три иона.

Это идеальные значения, предполагающие полную диссоциацию. Реальные растворы, особенно концентрированные, диссоциируют немного слабее, поэтому измеренное повышение может быть немного ниже значения, предсказанного идеальной формулой.

Эбуллиоскопические постоянные распространённых растворителей

Каждый растворитель имеет собственную эбуллиоскопическую постоянную и собственную нормальную температуру кипения:

Пример расчёта

Пример 1: сахар, растворённый в воде

Сахар (сахароза) не распадается на ионы в воде, поэтому i = 1.

• Растворитель: вода, $K_b$ = 0,512 °C·кг/моль, нормальная температура кипения 100 °C
• Моляльность: 1,5 mol/кг
• Фактор Вант-Гоффа: i = 1

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

Раствор кипит при 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Пример 2: поваренная соль, растворённая в воде

Поваренная соль (NaCl) распадается на ион натрия и хлорид-ион, поэтому i = 2.

• Растворитель: вода, $K_b$ = 0,512 °C·кг/моль, нормальная температура кипения 100 °C
• Моляльность: 1,5 mol/кг
• Фактор Вант-Гоффа: i = 2

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

Раствор кипит при 100 + 1,536 = 101,536 °C. При той же моляльности соль повышает температуру кипения ровно в два раза сильнее, чем неэлектролит, поскольку каждая растворённая формульная единица образует две частицы вместо одной.

Как пользоваться калькулятором

1. Введите моляльность раствора в моль/кг.
2. Введите эбуллиоскопическую постоянную растворителя или выберите распространённый растворитель из списка, чтобы это значение заполнилось автоматически.
3. Введите фактор Вант-Гоффа: 1 для молекулярного растворённого вещества, 2 для соли, такой как NaCl, 3 для соли, такой как CaCl₂.
4. Введите нормальную температуру кипения чистого растворителя в °C. При выборе растворителя из списка это значение также заполняется: для воды — 100 °C, а для бензола — 80,1 °C.
5. Просмотрите повышение температуры кипения и получившуюся температуру кипения раствора.

При ручном изменении эбуллиоскопической постоянной или температуры кипения растворитель, отображаемый в списке, удаляется, поэтому название растворителя никогда не связывается с числовыми значениями другого растворителя. Если оставить поле температуры кипения пустым, повышение всё равно будет рассчитано, но определить температуру кипения раствора без этого значения нельзя.

Если моляльность равна нулю, повышение равно нулю, и раствор кипит при нормальной температуре кипения растворителя. Отрицательные значения не допускаются для моляльности, эбуллиоскопической постоянной или числа частиц, поскольку ни одно из этих значений не может быть отрицательным.

Почему важно повышение температуры кипения

• Приготовление пищи. Подсоленная вода кипит при немного более высокой температуре, чем обычная, хотя изменение слишком мало, чтобы само по себе заметно повлиять на скорость приготовления.
• Перегонка и химическая технология. Знание того, как растворённые вещества изменяют температуры кипения, помогает проектировать процессы разделения.
• Определение молярной массы. Измерение повышения температуры кипения раствора с известной массой растворённого вещества можно использовать для оценки его молярной массы; этот метод называется эбуллиоскопией.
• Антифризы и системы охлаждения. Тот же коллигативный принцип, который повышает температуру кипения, также понижает температуру замерзания. Поэтому в охлаждающих смесях используют растворённые вещества, чтобы расширить диапазон температур, в котором жидкость остаётся жидкой.

Связанные коллигативные свойства

Повышение температуры кипения — одно из нескольких коллигативных свойств:

• Понижение температуры замерзания: ΔTf = i × Kf × m, где Kf — криоскопическая постоянная. Поэтому соль рассыпают на обледенелых дорогах.
• Понижение давления пара, описываемое законом Рауля.
• Осмотическое давление, вызывающее перемещение воды через мембраны биологических клеток.

Часто задаваемые вопросы

Что такое повышение температуры кипения? Это повышение температуры кипения жидкости, которое происходит при растворении в ней растворённого вещества. Это коллигативное свойство, поэтому оно зависит от числа растворённых частиц, а не от их состава.

Какова формула повышения температуры кипения? ΔTb = i × Kb × m, где i — фактор Вант-Гоффа, Kb — эбуллиоскопическая постоянная растворителя, а m — моляльность раствора.

Что такое фактор Вант-Гоффа? Это число частиц, образующихся при растворении одной формульной единицы растворённого вещества. Молекулярные растворённые вещества, например сахар, имеют i = 1. Соли, распадающиеся на ионы, имеют более высокие значения: i = 2 для NaCl, i = 3 для CaCl₂.

Почему соль повышает температуру кипения воды сильнее, чем сахар? При одинаковой моляльности NaCl образует вдвое больше растворённых частиц, чем сахар, поскольку распадается на два иона. Так как повышение температуры кипения зависит от числа частиц, эффект соли примерно вдвое сильнее.

Зависит ли повышение температуры кипения от выбранного растворённого вещества? Только от числа образуемых им частиц. Два разных неэлектролита при одинаковой моляльности повышают температуру кипения на одинаковую величину.

Может ли повышение температуры кипения быть отрицательным? Нет, для нелетучего растворённого вещества температура кипения всегда повышается, а не понижается. Растворённое вещество, которое само является летучим, ведёт себя иначе, и эта формула к нему не применяется.