Калькулятор підвищення температури кипіння | Безкоштовний онлайн-інструмент

Калькулятор підвищення температури кипіння

Калькулятор підвищення температури кипіння визначає, наскільки вища температура кипіння розчину порівняно з чистим розчинником, з якого його виготовлено. Він використовує моляльність розчиненої речовини, ебуліоскопічну сталу розчинника та кількість частинок, на які розпадається кожна формульна одиниця розчиненої речовини в розчині.

Що таке підвищення температури кипіння?

Підвищення температури кипіння — це зростання температури кипіння, яке відбувається, коли певну речовину розчиняють у розчиннику. Чиста вода кипить за температури 100 °C за нормального атмосферного тиску. Вода з розчиненою сіллю або цукром кипить за трохи вищої температури.

Цей ефект виникає тому, що розчинені частинки заважають молекулам розчинника переходити в пару. Для кипіння рідини потрібно більше теплової енергії, тому температура кипіння підвищується.

Підвищення температури кипіння є колігативною властивістю. Це означає, що воно залежить від кількості частинок розчиненої речовини в розчині, а не від того, якими є ці частинки. Молекула цукру та формульна одиниця солі підвищують температуру кипіння по-різному лише тому, що сіль під час розчинення розпадається на більшу кількість частинок, а не через інші хімічні відмінності між цими речовинами, що мають значення.

Як розрахувати підвищення температури кипіння

Формула така:

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

• ΔTb — підвищення температури кипіння, у °C.
• i — фактор Вант-Гоффа, тобто кількість частинок, яку утворює одна формульна одиниця розчиненої речовини під час розчинення.
• Kb — ебуліоскопічна стала розчинника, у °C·кг/моль.
• m — моляльність розчину: кількість молів розчиненої речовини на кілограм розчинника, у моль/кг.

Нова температура кипіння розчину дорівнює нормальній температурі кипіння розчинника плюс це підвищення:

$T_b(\text{розчин}) = T_b(\text{чистий розчинник}) + \Delta T_b$

Фактор Вант-Гоффа

Розчинена речовина, яка зберігається в розчині у вигляді цілих молекул, наприклад глюкоза або сахароза, має i = 1. Йонна сполука, яка розпадається на частини, наприклад кухонна сіль, має вище значення i, оскільки кожна формульна одиниця перетворюється на більше ніж одну частинку:

• i = 1: неелектроліти, такі як глюкоза та сахароза, які не розпадаються на частини.
• i = 2: NaCl і KCl, кожна сполука розпадається на два йони (наприклад, Na⁺ і Cl⁻).
• i = 3: CaCl₂ і Na₂SO₄, кожна сполука розпадається на три йони.

Це ідеальні значення, які припускають повну дисоціацію. Реальні розчини, особливо концентровані, дисоціюють дещо менше, тому виміряне підвищення може бути трохи нижчим, ніж передбачає ідеальна формула.

Ебуліоскопічні сталі поширених розчинників

Кожен розчинник має власну ебуліоскопічну сталу та власну нормальну температуру кипіння:

Приклад обчислення

Приклад 1: цукор, розчинений у воді

Цукор (сахароза) не розпадається на йони у воді, тому i = 1.

• Розчинник: вода, $K_b$ = 0,512 °C·кг/моль, нормальна температура кипіння 100 °C
• Моляльність: 1,5 mol/кг
• Фактор Вант-Гоффа: i = 1

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

Розчин кипить за температури 100 + 0,768 = 100,768 °C.

Приклад 2: кухонна сіль, розчинена у воді

Кухонна сіль (NaCl) дисоціює на іон натрію та хлорид-іон, тому i = 2.

• Розчинник: вода, $K_b$ = 0,512 °C·кг/моль, нормальна температура кипіння 100 °C
• Моляльність: 1,5 mol/кг
• Фактор Вант-Гоффа: i = 2

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

Розчин кипить за температури 100 + 1,536 = 101,536 °C. За тієї самої моляльності сіль підвищує температуру кипіння рівно вдвічі сильніше, ніж неелектроліт, оскільки кожна розчинена формульна одиниця утворює дві частинки замість однієї.

Як користуватися калькулятором

1. Введіть моляльність розчину в моль/кг.
2. Введіть ебуліоскопічну сталу розчинника або виберіть поширений розчинник зі списку, щоб автоматично заповнити це поле.
3. Введіть фактор Вант-Гоффа: 1 для молекулярної розчиненої речовини, 2 для солі, такої як NaCl, 3 для солі, такої як CaCl₂.
4. Введіть нормальну температуру кипіння чистого розчинника в °C. Вибір розчинника зі списку також заповнює це поле: для води буде вказано 100 °C, а для бензену — 80,1 °C.
5. Перегляньте підвищення температури кипіння та отриману температуру кипіння розчину.

Ручне редагування ебуліоскопічної сталої або температури кипіння прибирає розчинник, показаний у списку, тому названий розчинник ніколи не поєднується зі значеннями іншого розчинника. Якщо залишити поле температури кипіння порожнім, підвищення все одно буде обчислено, але температуру кипіння розчину без нього визначити неможливо.

Якщо моляльність дорівнює нулю, підвищення дорівнює нулю, а розчин кипить за нормальної температури кипіння розчинника. Від’ємні значення не приймаються для моляльності, ебуліоскопічної сталої або кількості частинок, оскільки жодна з цих величин не може бути від’ємною.

Чому підвищення температури кипіння має значення

• Приготування їжі. Підсолена вода кипить за трохи вищої температури, ніж чиста, хоча сама по собі ця зміна надто мала, щоб помітно вплинути на швидкість приготування їжі.
• Дистиляція та хімічна інженерія. Знання того, як розчинені речовини зміщують температури кипіння, допомагає проєктувати процеси розділення.
• Визначення молекулярної маси. Вимірювання підвищення температури кипіння розчину з відомою масою розчиненої речовини можна використовувати для оцінювання її молярної маси; цей метод називається ебуліоскопією.
• Антифризи та системи охолодження. Той самий колігативний принцип, який підвищує температуру кипіння, також знижує температуру замерзання, тому в охолоджувальних сумішах використовують розчинені речовини, щоб розширити діапазон рідкого стану теплоносія.

Пов’язані колігативні властивості

Підвищення температури кипіння є однією з кількох колігативних властивостей:

• Зниження температури замерзання: ΔTf = i × Kf × m, де Kf — кріоскопічна стала. Саме тому сіль посипають на обмерзлі дороги.
• Зниження тиску пари, описане законом Рауля.
• Осмотичний тиск, який спричиняє рух води через мембрани в біологічних клітинах.

Поширені запитання

Що таке підвищення температури кипіння? Це зростання температури кипіння рідини, яке відбувається, коли в ній розчиняють розчинену речовину. Це колігативна властивість, тому вона залежить від кількості розчинених частинок, а не від їхнього складу.

Яка формула підвищення температури кипіння? ΔTb = i × Kb × m, де i — фактор Вант-Гоффа, Kb — ебуліоскопічна стала розчинника, а m — моляльність розчину.

Що таке фактор Вант-Гоффа? Це кількість частинок, яку утворює одна формульна одиниця розчиненої речовини під час розчинення. Молекулярні розчинені речовини, такі як цукор, мають i = 1. Солі, які розпадаються на йони, мають вищі значення: i = 2 для NaCl, i = 3 для CaCl₂.

Чому сіль підвищує температуру кипіння води сильніше, ніж цукор? За тієї самої моляльності NaCl утворює вдвічі більше розчинених частинок, ніж цукор, оскільки розпадається на два йони. Оскільки підвищення температури кипіння залежить від кількості частинок, ефект солі приблизно вдвічі сильніший.

Чи залежить підвищення температури кипіння від використаної розчиненої речовини? Лише від кількості частинок, які вона утворює. Два різні неелектроліти за однакової моляльності підвищують температуру кипіння на однакову величину.

Чи може підвищення температури кипіння бути від’ємним? Ні, для нелеткої розчиненої речовини температура кипіння завжди підвищується й ніколи не знижується. Розчинена речовина, яка сама є леткою, поводиться інакше, і ця формула її не охоплює.