Hesabu jinsi soluti inavyoinua joto la kuchemsha la liwato kwa kutumia molality na thamani za ebullioscopic constant. Muhimu kwa kemia, uhandisi wa kemikali, na sayansi ya chakula.
Hesabu kiwango cha kuongezeka kwa kuchemsha ya suluhisho kulingana na molality ya suluhisho na kiashiria cha kuchemsha cha kutu.
Mkonge wa suluhisho kwa moles kwa kilogram ya kutu.
Sifa ya kutu inayohusisha molality na kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha.
Chagua kutu ya kawaida ili kuweka kiashiria chake cha kuchemsha kiotomatiki.
ΔTb = 0.5120 × 1.0000
ΔTb = 0.0000 °C
Kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha ni mali ya colligative inayotokea wakati suluhisho isiyo na volatili inaongezwa kwenye kutu safi. Uwepo wa suluhisho huongeza kiwango cha kuchemsha cha suluhisho kuliko ile ya kutu safi.
Fomula ΔTb = Kb × m inahusisha kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha (ΔTb) na molality ya suluhisho (m) na kiashiria cha kuchemsha (Kb) cha kutu.
Viashiria vya kawaida vya kuchemsha: Maji (0.512 °C·kg/mol), Ethanol (1.22 °C·kg/mol), Benzene (2.53 °C·kg/mol), Asidi ya acetic (3.07 °C·kg/mol).
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni mali muhimu ya mchanganyiko ambayo hutokea wakati dutu isiyo na volatili inaongezwa kwenye kutu safi. Kihesabu cha kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha husaidia kubaini ni kiasi gani kiwango cha kuchemsha cha suluhisho kinavyoongezeka ikilinganishwa na kutu safi. Fenomenon hii ni muhimu katika nyanja mbalimbali ikiwa ni pamoja na kemia, uhandisi wa kemikali, sayansi ya chakula, na utengenezaji wa dawa.
Unapoongeza dutu (kama chumvi au sukari) kwenye kutu safi (kama maji), kiwango cha kuchemsha cha suluhisho linalotokana kinakuwa juu zaidi kuliko kile cha kutu safi. Hii hutokea kwa sababu chembe za dutu iliyoyeyushwa zinakwamisha uwezo wa kutu kutoroka kwenye awamu ya mvuke, na hivyo inahitaji nishati zaidi ya joto (joto la juu zaidi) ili kufikia kuchemsha.
Kihesabu chetu kinatumia formula ya kawaida ya kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha (ΔTb = Kb × m), na kutoa njia rahisi ya kuhesabu mali hii muhimu bila hesabu ngumu za mikono. Iwe wewe ni mwanafunzi anayejifunza mali za mchanganyiko, mtafiti anayefanya kazi na suluhisho, au mhandisi anayebuni michakato ya kutenganisha, chombo hiki kinatoa njia ya haraka na sahihi ya kubaini kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha.
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha (ΔTb) huhesabiwa kwa kutumia formula rahisi lakini yenye nguvu:
Ambapo:
Formula hii inafanya kazi kwa sababu kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni sawa na kiwango cha chembe za dutu katika suluhisho. Kiwango cha ebullioscopic (Kb) kinatumika kama kipimo kinachohusisha molality na kuongezeka kwa halisi kwa joto.
Kutukuza tofauti za kutu kuna viwango vya ebullioscopic tofauti, vinavyoakisi mali zao za kipekee za molekuli:
Kutu | Kiwango cha Ebullioscopic (Kb) | Kiwango cha Kuchemsha cha Kawaida |
---|---|---|
Maji | 0.512 °C·kg/mol | 100.0 °C |
Ethanol | 1.22 °C·kg/mol | 78.37 °C |
Benzene | 2.53 °C·kg/mol | 80.1 °C |
Asidi ya acetic | 3.07 °C·kg/mol | 118.1 °C |
Cyclohexane | 2.79 °C·kg/mol | 80.7 °C |
Chloroform | 3.63 °C·kg/mol | 61.2 °C |
Formula ya kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha inatokana na kanuni za thermodynamic. Katika kiwango cha kuchemsha, uwezo wa kemikali wa kutu katika awamu ya kioevu unalingana na ule katika awamu ya mvuke. Wakati dutu inaongezwa, inashusha uwezo wa kemikali wa kutu katika awamu ya kioevu, na inahitaji joto la juu zaidi ili kulinganisha uwezo.
Kwa suluhisho dhaifu, uhusiano huu unaweza kuonyeshwa kama:
Ambapo:
Neno linakusanywa katika kiwango cha ebullioscopic (Kb), na kutupa formula yetu rahisi.
Kihesabu chetu kinafanya iwe rahisi kubaini kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha cha suluhisho. Fuata hatua hizi:
Ingiza molality (m) ya suluhisho lako kwa mol/kg
Ingiza kiwango cha ebullioscopic (Kb) cha kutu yako kwa °C·kg/mol
Tazama matokeo
Nakili matokeo ikiwa inahitajika kwa rekodi zako au hesabu
Kihesabu pia kinatoa uwakilishi wa picha wa kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha, ukionyesha tofauti kati ya kiwango cha kuchemsha cha kutu safi na kiwango cha kuchemsha kilichoinuliwa cha suluhisho.
Hebu tufanye kazi kupitia mfano:
Kwa kutumia formula ΔTb = Kb × m: ΔTb = 0.512 °C·kg/mol × 1.5 mol/kg = 0.768 °C
Kwa hivyo, kiwango cha kuchemsha cha suluhisho hili la chumvi kitakuwa 100.768 °C (ikilinganishwa na 100 °C kwa maji safi).
Kihesabu kinashughulikia mambo kadhaa maalum:
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni muhimu katika:
Kanuni hii inatumika kwa:
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni muhimu katika:
Maombi ni pamoja na:
Katika urefu wa juu, maji huchemka kwa joto la chini kutokana na shinikizo la anga lililopungua. Ili kufidia:
Kwa mfano, kwenye urefu wa futi 5,000, maji huchemka kwa takriban 95°C. Kuongeza 1 mol/kg ya chumvi kutainua hii hadi takriban 95.5°C, ikiboresha kidogo ufanisi wa kupika.
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni moja ya mali kadhaa za colligative zinazotegemea mchanganyiko wa chembe za dutu badala ya utambulisho wao. Mali nyingine zinazohusiana ni pamoja na:
Kupungua kwa kiwango cha kuf freezing: Kupungua kwa kiwango cha kuf freezing wakati dutu zinaongezwa kwenye kutu
Kupungua kwa shinikizo la mvuke: Kupungua kwa shinikizo la mvuke la kutu kutokana na dutu zilizoyeyushwa
Shinikizo la osmotic: Shinikizo linalohitajika kuzuia mtiririko wa kutu kupitia membrane inayoweza kupita
Kila moja ya mali hizi inatoa maarifa tofauti kuhusu tabia ya suluhisho na inaweza kuwa bora zaidi kulingana na matumizi maalum.
Fenomenon ya kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha imeonekana kwa karne nyingi, ingawa uelewa wake wa kisayansi umeendelea hivi karibuni:
Utafiti wa mfumo wa kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ulianza katika karne ya 19:
Katika karne ya 20 na 21, uelewa wa kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha umewekwa katika teknolojia nyingi:
Uhusiano wa kihesabu kati ya mchanganyiko na kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha umesalia kuwa thabiti, ingawa uelewa wetu wa mitambo ya molekuli umeimarishwa na maendeleo katika kemia ya kimwili na thermodynamics.
1' Formula ya Excel kuhesabu kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha
2=B2*C2
3' Ambapo B2 ina kiwango cha ebullioscopic (Kb)
4' na C2 ina molality (m)
5
6' Ili kuhesabu kiwango kipya cha kuchemsha:
7=D2+E2
8' Ambapo D2 ina kiwango cha kuchemsha cha kawaida cha kutu
9' na E2 ina kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha kilichohesabiwa
10
1def calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant):
2 """
3 Hesabu kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha cha suluhisho.
4
5 Parameters:
6 molality (float): Molality ya suluhisho kwa mol/kg
7 ebullioscopic_constant (float): Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
8
9 Returns:
10 float: Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha kwa °C
11 """
12 if molality < 0 or ebullioscopic_constant < 0:
13 raise ValueError("Molality na kiwango cha ebullioscopic lazima viwe hasi")
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 Hesabu kiwango kipya cha kuchemsha cha suluhisho.
21
22 Parameters:
23 normal_boiling_point (float): Kiwango cha kuchemsha cha kutu safi kwa °C
24 molality (float): Molality ya suluhisho kwa mol/kg
25 ebullioscopic_constant (float): Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
26
27 Returns:
28 float: Kiwango kipya cha kuchemsha kwa °C
29 """
30 elevation = calculate_boiling_point_elevation(molality, ebullioscopic_constant)
31 return normal_boiling_point + elevation
32
33# Mfano wa matumizi
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"Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha: {elevation:.4f} °C")
42print(f"Kiwango kipya cha kuchemsha: {new_boiling_point:.4f} °C")
43
1/**
2 * Hesabu kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha cha suluhisho.
3 * @param {number} molality - Molality ya suluhisho kwa mol/kg
4 * @param {number} ebullioscopicConstant - Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
5 * @returns {number} Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha kwa °C
6 */
7function calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant) {
8 if (molality < 0 || ebullioscopicConstant < 0) {
9 throw new Error("Molality na kiwango cha ebullioscopic lazima viwe hasi");
10 }
11
12 return ebullioscopicConstant * molality;
13}
14
15/**
16 * Hesabu kiwango kipya cha kuchemsha cha suluhisho.
17 * @param {number} normalBoilingPoint - Kiwango cha kuchemsha cha kutu safi kwa °C
18 * @param {number} molality - Molality ya suluhisho kwa mol/kg
19 * @param {number} ebullioscopicConstant - Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
20 * @returns {number} Kiwango kipya cha kuchemsha kwa °C
21 */
22function calculateNewBoilingPoint(normalBoilingPoint, molality, ebullioscopicConstant) {
23 const elevation = calculateBoilingPointElevation(molality, ebullioscopicConstant);
24 return normalBoilingPoint + elevation;
25}
26
27// Mfano wa matumizi
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(`Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha: ${elevation.toFixed(4)} °C`);
36console.log(`Kiwango kipya cha kuchemsha: ${newBoilingPoint.toFixed(4)} °C`);
37
1#' Hesabu kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha cha suluhisho
2#'
3#' @param molality Molality ya suluhisho kwa mol/kg
4#' @param ebullioscopic_constant Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
5#' @return Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha kwa °C
6calculate_boiling_point_elevation <- function(molality, ebullioscopic_constant) {
7 if (molality < 0 || ebullioscopic_constant < 0) {
8 stop("Molality na kiwango cha ebullioscopic lazima viwe hasi")
9 }
10
11 delta_tb <- ebullioscopic_constant * molality
12 return(delta_tb)
13}
14
15#' Hesabu kiwango kipya cha kuchemsha cha suluhisho
16#'
17#' @param normal_boiling_point Kiwango cha kuchemsha cha kutu safi kwa °C
18#' @param molality Molality ya suluhisho kwa mol/kg
19#' @param ebullioscopic_constant Kiwango cha ebullioscopic cha kutu kwa °C·kg/mol
20#' @return Kiwango kipya cha kuchemsha kwa °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# Mfano wa matumizi
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("Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha: %.4f °C\n", elevation))
35cat(sprintf("Kiwango kipya cha kuchemsha: %.4f °C\n", new_boiling_point))
36
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha ni kuongezeka kwa joto la kuchemsha ambalo hutokea wakati dutu isiyo na volatili inaongezwa kwenye kutu safi. Inategemea idadi ya chembe za dutu katika suluhisho na ni mali ya colligative, ikimaanisha inategemea idadi ya chembe badala ya utambulisho wao.
Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha (ΔTb) huhesabiwa kwa kutumia formula ΔTb = Kb × m, ambapo Kb ni kiwango cha ebullioscopic cha kutu na m ni molality ya suluhisho (moles za dutu kwa kilogram ya kutu).
Kiwango cha ebullioscopic (Kb) ni mali maalum kwa kila kutu inayohusisha molality ya suluhisho na kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha. Inawakilisha kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha wakati suluhisho lina molality ya 1 mol/kg. Kwa maji, Kb ni 0.512 °C·kg/mol.
Kuongeza chumvi kwenye maji huongeza kiwango chake cha kuchemsha kwa sababu chembe za chumvi zilizoyeyushwa zinakwamisha uwezo wa chembe za maji kutoroka kwenye awamu ya mvuke. Hii inahitaji nishati zaidi ya joto (joto la juu zaidi) ili kuchemsha. Hii ndiyo sababu maji yaliyowekwa chumvi kwa kupika pasta huchemka kwa joto la kidogo zaidi.
Kwa suluhisho za kawaida, kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha inategemea tu idadi ya chembe katika suluhisho, si utambulisho wao. Hata hivyo, kwa misombo ya ionic kama NaCl inayogawanyika katika ions nyingi, athari hiyo huongezeka kwa idadi ya ions zinazoundwa. Hii inazingatiwa na kipengele cha van 't Hoff katika hesabu za kina zaidi.
Katika urefu wa juu, maji huchemka kwa joto la chini kutokana na shinikizo la anga lililopungua. Kuongeza chumvi kidogo kunainua kiwango cha kuchemsha, ambayo inaweza kuboresha kidogo ufanisi wa kupika, ingawa athari hiyo ni ndogo ikilinganishwa na athari ya shinikizo. Hii ndiyo sababu nyakati za kupika zinahitaji kuongezwa kwenye urefu wa juu.
Ndio, kupima kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha cha suluhisho lenye uzito maalum wa dutu kunaweza kutumika kubaini uzito wa molekuli wa dutu hiyo. Mbinu hii, inayojulikana kama ebullioscopy, ilikuwa muhimu kihistoria katika kubaini uzito wa molekuli kabla ya mbinu za kisasa za spectroscopy.
Zote ni mali za colligative zinazotegemea mchanganyiko wa chembe za dutu. Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha inahusu kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha wakati dutu zinaongezwa, wakati kupungua kwa kiwango cha kuf freezing inahusu kupungua kwa kiwango cha kuf freezing. Wanatumia formula zinazofanana lakini viwango tofauti (Kb kwa kiwango cha kuchemsha na Kf kwa kiwango cha kuf freezing).
Hapana, kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha hakiwezi kuwa hasi kwa dutu zisizo na volatili. Kuongeza dutu isiyo na volatili kila wakati huongeza kiwango cha kuchemsha cha kutu. Hata hivyo, ikiwa dutu ina volatili (ina shinikizo lake la mvuke), tabia hiyo inakuwa ngumu zaidi na haifuati formula rahisi ya kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha.
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.
"Kuinuka kwa kiwango cha kuchemsha." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation. Upatikanaji 2 Aug. 2024.
"Mali za colligative." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Colligative_properties. Upatikanaji 2 Aug. 2024.
Jaribu Kihesabu chetu cha Kuinuka kwa Kiwango cha Kuchemsha leo ili haraka na kwa usahihi kubaini jinsi dutu zilizoyeyushwa zinavyoweza kuathiri kiwango cha kuchemsha cha suluhisho zako. Iwe kwa madhumuni ya elimu, kazi ya maabara, au maombi ya vitendo, chombo hiki kinatoa matokeo ya papo hapo kulingana na kanuni za kisayansi zilizowekwa.
Gundua zana zaidi ambazo zinaweza kuwa na manufaa kwa mtiririko wako wa kazi