Izračunajte, koliko solut poviša vrelišče topila z uporabo molalnosti in vrednosti ebuliometrične konstante. Ključno za kemijo, kemijsko inženirstvo in znanost o hrani.
Izračunajte dvig vrelišča raztopine na podlagi molalnosti topila in ebuliometrične konstante topila.
Koncentracija topila v molih na kilogram topila.
Lastnost topila, ki povezuje molalnost z dvigom vrelišča.
Izberite pogosto topilo, da samodejno nastavite njegovo ebuliometrično konstanto.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °C
Dvig vrelišča je koligativna lastnost, ki se pojavi, ko se v čisto topilo doda netopno topilo. Prisotnost topila povzroči, da je vrelišče raztopine višje od vrelišča čistega topila.
Formula ΔTb = Kb × m povezuje dvig vrelišča (ΔTb) z molalnostjo raztopine (m) in ebuliometrično konstanto (Kb) topila.
Pogoste ebuliometrične konstante: Voda (0.512 °C·kg/mol), Etanol (1.22 °C·kg/mol), Benzen (2.53 °C·kg/mol), Ocetna kislina (3.07 °C·kg/mol).
Dvig vrelišča je temeljna koligativna lastnost, ki se pojavi, ko se v čisti topilo doda nehlapna sol. Kalkulator dviga vrelišča pomaga določiti, koliko se poveča vrelišče raztopine v primerjavi s čistim topilom. Ta pojav je ključen na različnih področjih, vključno s kemijo, kemijskim inženiringom, znanostjo o hrani in farmacevtsko proizvodnjo.
Ko dodate sol (kot je sol ali sladkor) v čisto topilo (kot je voda), se vrelišče nastale raztopine poveča nad vrelišče čistega topila. To se zgodi, ker raztopljene delce solute motijo sposobnost topila, da uide v plinasto fazo, kar zahteva več toplotne energije (višjo temperaturo) za dosego vrelišča.
Naš kalkulator uporablja standardno formulo za dvig vrelišča (ΔTb = Kb × m), kar omogoča enostavno izračunavanje te pomembne lastnosti brez zapletenih ročnih izračunov. Ne glede na to, ali ste študent, ki preučuje koligativne lastnosti, raziskovalec, ki dela z raztopinami, ali inženir, ki oblikuje destilacijske procese, to orodje ponuja hiter in natančen način za določitev dviga vrelišča.
Dvig vrelišča (ΔTb) se izračuna s preprosto, a močnim formulo:
Kjer:
Ta formula deluje, ker je dvig vrelišča neposredno sorazmeren s koncentracijo delcev solute v raztopini. Ebulioskopska konstanta (Kb) služi kot faktor sorazmernosti, ki povezuje molalnost z dejanskim povečanjem temperature.
Različna topila imajo različne ebulioskopske konstante, ki odražajo njihove edinstvene molekulske lastnosti:
| Topilo | Ebulioskopska konstanta (Kb) | Normalno vrelišče |
|---|---|---|
| Voda | 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 |
| Ocetna kislina | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
| Cikloheksan | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
| Kloroform | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
Formula za dvig vrelišča je izpeljana iz termodinamičnih načel. Pri vrelišču je kemijski potencial topila v tekoči fazi enak tistemu v plinasti fazi. Ko se doda solut, se zniža kemijski potencial topila v tekoči fazi, kar zahteva višjo temperaturo za izenačitev potencialov.
Za redke raztopine lahko to razmerje izrazimo kot:
Kjer:
Izraz se združi v ebulioksopsko konstanto (Kb), kar nam daje poenostavljeno formulo.
Naš kalkulator omogoča enostavno določitev dviga vrelišča raztopine. Sledite tem korakom:
Vnesite molalnost (m) vaše raztopine v mol/kg
Vnesite ebulioskopsko konstanto (Kb) vašega topila v °C·kg/mol
Oglejte si rezultat
Kopirajte rezultat po potrebi za vaše zapiske ali izračune
Kalkulator prav tako ponuja vizualno predstavitev dviga vrelišča, ki prikazuje razliko med vreliščem čistega topila in dvignjenim vreliščem raztopine.
Poglejmo primer:
Z uporabo formule ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
Zato bi bilo vrelišče te solne raztopine 100.768 °C (v primerjavi s 100 °C za čisto vodo).
Kalkulator obravnava več posebnih primerov:
Dvig vrelišča je ključen pri:
Načelo se uporablja pri:
Dvig vrelišča je pomemben pri:
Aplikacije vključujejo:
Na višjih nadmorskih višinah voda vre pri nižjih temperaturah zaradi zmanjšanega atmosferskega pritiska. Da bi to nadomestili:
Na primer, na višini 5.000 čevljev voda vre pri približno 95°C. Dodajanje 1 mol/kg soli bi to dvignilo na približno 95.5°C, kar bi rahlo izboljšalo učinkovitost kuhanja.
Dvig vrelišča je ena od več koligativnih lastnosti, ki so odvisne od koncentracije delcev solute, ne pa od njihove identitete. Druge sorodne lastnosti vključujejo:
Depresija zamrzovanja: Znižanje zamrzovalne točke, ko se soluti dodajo topilu
Znižanje parnega tlaka: Zmanjšanje parnega tlaka topila zaradi raztopljenih solutov
Osmotski tlak: Tlak, potreben za preprečitev pretoka topila čez polprepustno membrano
Vsaka od teh lastnosti ponuja različne vpoglede v obnašanje raztopin in je lahko bolj primerna glede na specifično aplikacijo.
Pojav dviga vrelišča so opazovali že stoletja, čeprav se je njegova znanstvena razumevanje razvilo bolj nedavno:
Sistematično preučevanje dviga vrelišča se je začelo v 19. stoletju:
V 20. in 21. stoletju se je razumevanje dviga vrelišča uporabilo v številnih tehnologijah:
Matematična povezava med koncentracijo in dvigom vrelišča ostaja dosledna, čeprav se je naše razumevanje molekularnih mehanizmov poglobilo z napredkom v fizični kemiji in termodinamiki.
1' Excel formula za izračun dviga vrelišča
2=B2*C2
3' Kjer B2 vsebuje ebulioskopsko konstanto (Kb)
4' in C2 vsebuje molalnost (m)
5
6' Za izračun novega vrelišča:
7=D2+E2
8' Kjer D2 vsebuje normalno vrelišče topila
9' in E2 vsebuje izračunan dvig vrelišča
101def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 Izračunajte dvig vrelišča raztopine.
4
5 Parametri:
6 molality (float): Molalnost raztopine v mol/kg
7 ebullioscopic_constant (float): Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
8
9 Vrne:
10 float: Dvig vrelišča v °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("Molalnost in ebulioskopska konstanta morata biti nenegativni")
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 Izračunajte novo vrelišče raztopine.
21
22 Parametri:
23 normal_boiling_point (float): Normalno vrelišče čistega topila v °C
24 molality (float): Molalnost raztopine v mol/kg
25 ebullioscopic_constant (float): Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
26
27 Vrne:
28 float: Novo vrelišče v °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# Primer uporabe
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"Dvig vrelišča: {elevation:.4f} °C")
42print(f"Novo vrelišče: {new_boiling_point:.4f} °C")
431/**
2 * Izračunajte dvig vrelišča raztopine.
3 * @param {number} molality - Molalnost raztopine v mol/kg
4 * @param {number} ebullioscopicConstant - Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
5 * @returns {number} Dvig vrelišča v °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("Molalnost in ebulioskopska konstanta morata biti nenegativni");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * Izračunajte novo vrelišče raztopine.
17 * @param {number} normalBoilingPoint - Normalno vrelišče čistega topila v °C
18 * @param {number} molality - Molalnost raztopine v mol/kg
19 * @param {number} ebullioscopicConstant - Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
20 * @returns {number} Novo vrelišče v °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// Primer uporabe
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(`Dvig vrelišča: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`Novo vrelišče: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
371#' Izračunajte dvig vrelišča raztopine
2#'
3#' @param molality Molalnost raztopine v mol/kg
4#' @param ebullioscopic_constant Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
5#' @return Dvig vrelišča v °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("Molalnost in ebulioskopska konstanta morata biti nenegativni")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' Izračunajte novo vrelišče raztopine
16#'
17#' @param normal_boiling_point Normalno vrelišče čistega topila v °C
18#' @param molality Molalnost raztopine v mol/kg
19#' @param ebullioscopic_constant Ebulioskopska konstanta topila v °C·kg/mol
20#' @return Novo vrelišče v °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# Primer uporabe
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("Dvig vrelišča: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("Novo vrelišče: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36Dvig vrelišča je povečanje temperature vrelišča, ki se pojavi, ko se v nehlapno topilo doda nehlapni solut. Neposredno je sorazmeren s koncentracijo delcev solute in je koligativna lastnost, kar pomeni, da je odvisen od števila delcev, ne pa od njihove identitete.
Dvig vrelišča (ΔTb) se izračuna s formulo ΔTb = Kb × m, kjer je Kb ebulioskopska konstanta topila in m molalnost raztopine (moli solute na kilogram topila).
Ebulioskopska konstanta (Kb) je lastnost specifična za vsako topilo, ki povezuje molalnost raztopine z njenim dvigom vrelišča. Predstavlja dvig vrelišča, ko ima raztopina molalnost 1 mol/kg. Za vodo je Kb 0.512 °C·kg/mol.
Dodajanje soli v vodo povečuje njeno vrelišče, ker raztopljeni ioni soli motijo sposobnost molekul vode, da uidejo v plinasto fazo. To zahteva več toplotne energije (višjo temperaturo) za vrelišče. Zato vrela voda s soljo za kuhanje testenin vre pri nekoliko višji temperaturi.
Za idealne raztopine dvig vrelišča odvisen le od števila delcev v raztopini, ne pa od njihove identitete. Vendar pa se za ionske spojine, kot je NaCl, ki se razgradijo na več ionov, učinek pomnoži s številom nastalih ionov. To se upošteva z van 't Hoffovo faktorjem pri bolj podrobnih izračunih.
Na višjih nadmorskih višinah voda vre pri nižjih temperaturah zaradi zmanjšanega atmosferskega pritiska. Dodajanje soli rahlo dvigne vrelišče, kar lahko rahlo izboljša učinkovitost kuhanja, čeprav je učinek majhen v primerjavi z učinkom pritiska. Zato je treba na višjih nadmorskih višinah podaljšati čas kuhanja.
Da, merjenje dviga vrelišča raztopine z znano maso solute se lahko uporabi za določitev molekulske teže solute. Ta tehnika, znana kot ebuliroskopija, je bila zgodovinsko pomembna za določanje molekulskih tež pred sodobnimi spektroskopskimi metodami.
Obe sta koligativni lastnosti, ki sta odvisni od koncentracije solutov. Dvig vrelišča se nanaša na povečanje vrelišča, ko se dodajo soluti, medtem ko se depresija zamrzovanja nanaša na znižanje zamrzovalne točke. Uporabljata podobne formule, vendar različne konstante (Kb za dvig vrelišča in Kf za depresijo zamrzovanja).
Formula ΔTb = Kb × m je najbolj natančna za redke raztopine, kjer so interakcije med soluti minimalne. Pri koncentriranih raztopinah ali raztopinah z močnimi interakcijami med solut in topilo se pojavijo odstopanja od idealnega obnašanja, za kar so potrebni bolj kompleksni modeli.
Ne, dvig vrelišča ne more biti negativen za nehlapne solute. Dodajanje nehlapnega soluta vedno povečuje vrelišče topila. Vendar pa, če je solut hlapen (ima svoj pomemben parni tlak), postane obnašanje bolj kompleksno in ne sledi preprosti formuli za dvig vrelišča.
Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10. izd.). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12. izd.). McGraw-Hill Education.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11. izd.). Pearson.
Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry (6. izd.). 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. izd.). Pearson.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2014). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7. izd.). McGraw-Hill Education.
"Dvig vrelišča." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation. Dostopno 2. avgusta 2024.
"Koligativne lastnosti." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_properties. Dostopno 2. avgusta 2024.
Preizkusite naš kalkulator dviga vrelišča še danes, da hitro in natančno določite, kako raztopljeni soluti vplivajo na vrelišče vaših raztopin. Ne glede na to, ali gre za izobraževalne namene, laboratorijsko delo ali praktične aplikacije, to orodje ponuja takojšnje rezultate na podlagi uveljavljenih znanstvenih načel.
Odkrijte več orodij, ki bi lahko bila koristna za vaš delovni proces