เครื่องคำนวณการเพิ่มจุดเดือด | เครื่องมือออนไลน์ฟรี

เครื่องคำนวณการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด

เครื่องคำนวณการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด ใช้คำนวณว่าสารละลายเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่าตัวทำละลายบริสุทธิ์ที่ใช้เตรียมสารละลายมากเพียงใด โดยใช้โมแลลิตีของสารที่ละลาย ค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกของตัวทำละลาย และจำนวนอนุภาคที่หน่วยของตัวละลายแต่ละหน่วยแตกตัวเป็นเมื่ออยู่ในสารละลาย

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดคืออะไร?

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดคือการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเดือดที่เกิดขึ้นเมื่อตัวละลายละลายในตัวทำละลาย น้ำบริสุทธิ์เดือดที่ 100 °C ภายใต้ความดันบรรยากาศปกติ น้ำที่มีเกลือหรือน้ำตาลละลายอยู่จะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย

ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเพราะอนุภาคที่ละลายอยู่ขัดขวางโมเลกุลของตัวทำละลายที่พยายามหลุดออกไปเป็นไอ ของเหลวต้องใช้พลังงานความร้อนมากขึ้นจึงจะเดือด ดังนั้นจุดเดือดจึงสูงขึ้น

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดเป็น สมบัติคอลลิเกทีฟ ซึ่งหมายความว่าสมบัตินี้ขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคของตัวละลายในสารละลาย ไม่ใช่ชนิดของอนุภาค โมเลกุลน้ำตาลหนึ่งโมเลกุลและโมเลกุลเกลือหนึ่งโมเลกุลทำให้จุดเดือดเพิ่มขึ้นต่างกันเพียงเพราะเกลือแตกตัวเป็นอนุภาคมากกว่าเมื่อละลาย ไม่ใช่เพราะสารทั้งสองมีความแตกต่างทางเคมีในด้านอื่นที่เกี่ยวข้อง

วิธีคำนวณการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด

สูตรคือ:

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

• ΔTb คือการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด มีหน่วยเป็น °C
• i คือแฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์ ซึ่งเป็นจำนวนอนุภาคที่ตัวละลายหนึ่งหน่วยสร้างขึ้นเมื่อละลาย
• Kb คือค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกของตัวทำละลาย มีหน่วยเป็น °C·kg/mol
• m คือโมแลลิตีของสารละลาย: จำนวนโมลของตัวละลายต่อกิโลกรัมของตัวทำละลาย มีหน่วยเป็น mol/kg

จุดเดือดใหม่ของสารละลายเท่ากับจุดเดือดปกติของตัวทำละลายบวกด้วยค่าการเพิ่มขึ้นนี้:

$T_b(\text{สารละลาย}) = T_b(\text{ตัวทำละลายบริสุทธิ์}) + \Delta T_b$

แฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์

ตัวละลายที่ยังคงอยู่เป็นโมเลกุลสมบูรณ์ในสารละลาย เช่น กลูโคสหรือซูโครส มีค่า i = 1 สารประกอบไอออนิกที่แตกตัว เช่น เกลือแกง มีค่า i สูงกว่า เพราะแต่ละหน่วยสูตรกลายเป็นอนุภาคมากกว่าหนึ่งอนุภาค:

• i = 1: สารไม่แตกตัวเป็นไอออน เช่น กลูโคสและซูโครส ซึ่งไม่แตกตัว
• i = 2: NaCl และ KCl โดยแต่ละสารแตกตัวเป็นไอออนสองไอออน (เช่น Na⁺ และ Cl⁻)
• i = 3: CaCl₂ และ Na₂SO₄ โดยแต่ละสารแตกตัวเป็นไอออนสามไอออน

ค่าเหล่านี้เป็นค่าในอุดมคติที่สมมติให้เกิดการแตกตัวอย่างสมบูรณ์ สารละลายจริง โดยเฉพาะสารละลายเข้มข้น จะแตกตัวได้น้อยกว่านี้เล็กน้อย ดังนั้นค่าการเพิ่มขึ้นที่วัดได้อาจต่ำกว่าค่าที่สูตรในอุดมคติทำนายไว้เล็กน้อย

ค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกของตัวทำละลายทั่วไป

ตัวทำละลายแต่ละชนิดมีค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกและจุดเดือดปกติของตนเอง:

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

ตัวอย่าง 1: น้ำตาลละลายในน้ำ

น้ำตาล (ซูโครส) ไม่แตกตัวเป็นไอออนในน้ำ ดังนั้น i = 1

• ตัวทำละลาย: น้ำ, $K_b$ = 0.512 °C·kg/mol, จุดเดือดปกติ 100 °C
• โมแลลิตี: 1.5 mol/kg
• แฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์: i = 1

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

สารละลายเดือดที่ 100 + 0.768 = 100.768 °C

ตัวอย่าง 2: เกลือแกงละลายในน้ำ

เกลือแกง (NaCl) แตกตัวเป็นไอออนโซเดียมและไอออนคลอไรด์ ดังนั้น i = 2

• ตัวทำละลาย: น้ำ, $K_b$ = 0.512 °C·kg/mol, จุดเดือดปกติ 100 °C
• โมแลลิตี: 1.5 mol/kg
• แฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์: i = 2

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

สารละลายเดือดที่ 100 + 1.536 = 101.536 °C ที่โมแลลิตีเดียวกันนี้ เกลือทำให้จุดเดือดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าพอดีเมื่อเทียบกับสารที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน เพราะตัวละลายที่ละลายแต่ละหน่วยสร้างอนุภาคสองอนุภาคแทนที่จะเป็นหนึ่งอนุภาค

วิธีใช้เครื่องคำนวณ

1. ป้อนค่าโมแลลิตีของสารละลาย มีหน่วยเป็น mol/kg
2. ป้อนค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกของตัวทำละลาย หรือเลือกตัวทำละลายทั่วไปจากรายการเพื่อกรอกค่าโดยอัตโนมัติ
3. ป้อนค่าแฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์: 1 สำหรับตัวละลายประเภทโมเลกุล, 2 สำหรับเกลืออย่าง NaCl, 3 สำหรับเกลืออย่าง CaCl₂
4. ป้อนจุดเดือดปกติของตัวทำละลายบริสุทธิ์ มีหน่วยเป็น °C การเลือกตัวทำละลายจากรายการจะกรอกค่านี้ให้ด้วย ดังนั้นน้ำจะให้ค่า 100 °C และเบนซีนจะให้ค่า 80.1 °C
5. อ่านค่าการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดและจุดเดือดที่ได้ของสารละลาย

การแก้ไขค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกหรือจุดเดือดด้วยตนเองจะล้างชื่อตัวทำละลายที่แสดงในรายการ เพื่อไม่ให้ชื่อตัวทำละลายถูกจับคู่กับค่าของตัวทำละลายอื่น การเว้นจุดเดือดว่างไว้ยังคงคำนวณค่าการเพิ่มขึ้นได้ แต่ไม่สามารถคำนวณจุดเดือดของสารละลายได้หากไม่มีค่านี้

หากโมแลลิตีเป็นศูนย์ ค่าการเพิ่มขึ้นจะเป็นศูนย์ และสารละลายจะเดือดที่จุดเดือดปกติของตัวทำละลาย ไม่ยอมรับค่าติดลบสำหรับโมแลลิตี ค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิก หรือจำนวนอนุภาค เนื่องจากค่าเหล่านี้ไม่สามารถเป็นลบได้

เหตุใดการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดจึงมีความสำคัญ

• การทำอาหาร น้ำเกลือเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเปล่าเล็กน้อย แม้การเปลี่ยนแปลงนี้จะน้อยเกินกว่าจะส่งผลต่อความเร็วในการทำอาหารอย่างสังเกตได้ด้วยตัวมันเอง
• การกลั่นและวิศวกรรมเคมี การทราบว่าตัวละลายทำให้จุดเดือดเปลี่ยนไปอย่างไรช่วยในการออกแบบกระบวนการแยกสาร
• การหามวลโมเลกุล การวัดการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายที่ทราบมวลของตัวละลาย สามารถใช้ประมาณมวลโมลาร์ของตัวละลายได้ วิธีนี้เรียกว่าอีบูลลิโอสโกปี
• สารป้องกันการแข็งตัวและระบบสารหล่อเย็น หลักการคอลลิเกทีฟเดียวกันที่ทำให้จุดเดือดสูงขึ้นยังทำให้จุดเยือกแข็งลดลงด้วย นี่เป็นเหตุผลที่สารผสมหล่อเย็นใช้ตัวละลายที่ละลายอยู่เพื่อขยายช่วงอุณหภูมิที่ของไหลยังคงเป็นของเหลว

สมบัติคอลลิเกทีฟที่เกี่ยวข้อง

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดเป็นหนึ่งในสมบัติคอลลิเกทีฟหลายประการ:

• การลดลงของจุดเยือกแข็ง: ΔTf = i × Kf × m โดย Kf คือค่าคงที่ไครโอสโคปิก นี่เป็นเหตุผลที่มีการโรยเกลือบนถนนที่มีน้ำแข็ง
• การลดลงของความดันไอ อธิบายได้ด้วยกฎของราอูลต์
• ความดันออสโมซิส ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านเยื่อหุ้มในเซลล์ชีวภาพ

คำถามที่พบบ่อย

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดคืออะไร คือการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเดือดของของเหลวที่เกิดขึ้นเมื่อตัวละลายละลายในของเหลวนั้น เป็นสมบัติคอลลิเกทีฟ จึงขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่ละลายอยู่ ไม่ใช่สิ่งที่อนุภาคเหล่านั้นประกอบขึ้น

สูตรสำหรับการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดคืออะไร ΔTb = i × Kb × m โดย i คือแฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์, Kb คือค่าคงที่อีบูลลิโอสโคปิกของตัวทำละลาย และ m คือโมแลลิตีของสารละลาย

แฟกเตอร์ของฟันต์ฮอฟฟ์คืออะไร คือจำนวนอนุภาคที่หน่วยสูตรหนึ่งหน่วยของตัวละลายสร้างขึ้นเมื่อละลาย ตัวละลายประเภทโมเลกุลอย่างน้ำตาลมีค่า i = 1 เกลือที่แตกตัวเป็นไอออนมีค่าสูงกว่า: i = 2 สำหรับ NaCl และ i = 3 สำหรับ CaCl₂

เหตุใดเกลือจึงทำให้จุดเดือดของน้ำเพิ่มขึ้นมากกว่าน้ำตาล ที่โมแลลิตีเดียวกัน NaCl สร้างอนุภาคที่ละลายอยู่มากกว่าน้ำตาลสองเท่า เพราะมันแตกตัวเป็นไอออนสองไอออน เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาค ผลของเกลือจึงมีขนาดประมาณสองเท่า

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดขึ้นอยู่กับชนิดของตัวละลายที่ใช้หรือไม่ ขึ้นอยู่เฉพาะจำนวนอนุภาคที่ตัวละลายสร้างขึ้น ตัวละลายที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนสองชนิดซึ่งมีโมแลลิตีเท่ากัน จะทำให้จุดเดือดเพิ่มขึ้นในปริมาณเท่ากัน

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดเป็นค่าลบได้หรือไม่ ไม่ สำหรับตัวละลายที่ไม่ระเหย จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเสมอและไม่ลดลง ตัวละลายที่ระเหยได้เองจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป และไม่อยู่ในขอบเขตของสูตรนี้