Войти
Повышение точки кипения описывает явление, что точка кипения жидкости (растворитель ) будет выше, когда другое соединение добавлено, что означает, что раствор имеет более высокую температуру кипения, чем чистый растворитель. Это происходит всякий раз, когда нелетучее растворенное вещество, например соль, добавляется к чистому растворителю, например воде. Точку кипения можно точно измерить с помощью эбуллиоскопа.
Изменение химического потенциала растворителя при добавлении растворенного вещества объясняет, почему происходит повышение точки кипения. Повышение точки кипения является коллигативным свойством, что означает, что это зависит от присутствия растворенных частиц и их количества, но не от их идентичности. Это эффект разбавления растворителя в присутствии растворенного вещества. Это явление происходит для всех растворенных веществ во всех растворах, даже в идеальных растворах, и не зависит от каких-либо конкретных взаимодействий растворенного вещества и растворителя. Повышение точки кипения происходит как в случае, когда растворенное вещество представляет собой электролит, например различные соли, так и неэлектролит. В терминах термодинамики происхождение повышения температуры кипения является энтропийным и может быть объяснено с помощью давления пара или химического потенциала растворителя. В обоих случаях объяснение зависит от того факта, что многие растворенные вещества присутствуют только в жидкой фазе и не переходят в газовую фазу (за исключением чрезвычайно высоких температур).
С точки зрения давления пара, жидкость кипит при температуре, когда давление ее пара равно окружающему давлению. Что касается растворителя, то присутствие растворенного вещества снижает давление его пара за счет разбавления. У нелетучего растворенного вещества давление пара равно нулю, поэтому давление пара раствора меньше давления пара растворителя. Таким образом, требуется более высокая температура, чтобы давление пара достигло давления окружающей среды, а точка кипения повышается.
Говоря языком химического потенциала, при температуре кипения жидкая фаза и газовая (или паровая) фаза имеют одинаковый химический потенциал (или давление пара), что означает, что они энергетически эквивалентны. Химический потенциал зависит от температуры, и при других температурах жидкая или газовая фаза имеет более низкий химический потенциал и более энергетически выгодна, чем другая фаза. Это означает, что при добавлении нелетучих растворенных веществ химический потенциал растворителя в жидкой фазе уменьшается за счет разбавления, но химический потенциал растворителя в газовой фазе не изменяется. Это, в свою очередь, означает, что равновесие между жидкой и газовой фазами устанавливается при температуре раствора, отличной от температуры чистой жидкости, т. Е. Температура кипения повышается.
Явление понижения точки замерзания аналогично повышению точки кипения. Однако величина понижения точки замерзания больше, чем повышение температуры кипения для того же растворителя и той же концентрации растворенного вещества. Из-за этих двух явлений диапазон жидких веществ растворителя увеличивается в присутствии растворенного вещества.
Степень повышения точки кипения может быть рассчитана путем применения соотношения Клаузиуса – Клапейрона и закона Рауля вместе с предположением о нелетучести растворенного вещества. В результате в разбавленных идеальных растворах степень повышения точки кипения прямо пропорциональна моляльной концентрации (количество вещества на массу) раствора в соответствии с уравнением:
, где повышение точки кипения определяется как T b (раствор) - T b (чистый растворитель).
Нецелочисленные коэффициенты i являются результатом ионных пар в растворе, которые снижают эффективное количество частиц в растворе.
Уравнение после включения коэффициента Ван 'т-Гоффа
При высоких концентрациях приведенная выше формула меньше точный из-за неидеальности решения. Если растворенное вещество также является летучим, одно из ключевых предположений, использованных при выводе формулы, неверно, поскольку оно получено для растворов нелетучих растворенных веществ в летучем растворителе. В случае летучих растворенных веществ более уместно говорить о смеси летучих соединений, и влияние растворенного вещества на точку кипения необходимо определять по фазовой диаграмме смеси. В таких случаях смесь может иногда иметь температуру кипения ниже, чем у любого из чистых компонентов; смесь с минимальной точкой кипения является разновидностью азеотропа.
Значения эбуллиоскопических констант K b для выбранных растворителей:
| Соединение | Температура кипения, ° C | Эбуллиоскопическая константа K b в единицах [(° C · кг) / моль] или [° C / моль] |
|---|---|---|
| Уксусная кислота | 118,1 | 3,07 |
| Бензол | 80,1 | 2,53 |
| Дисульфид углерода | 46,2 | 2,37 |
| Тетрахлорид углерода | 76,8 | 4,95 |
| Нафталин | 217,9 | 5,8 |
| Фенол | 181,75 | 3,04 |
| Вода | 100 | 0,512 |
Вместе с приведенной выше формулой, повышение температуры кипения в принципе можно использовать для измерения степени диссоциации или молярной массы растворенного вещества. Этот вид измерения называется эбуллиоскопией (греч. «кипение-просмотр»). Однако, поскольку перегрева трудно избежать, точные измерения ΔT b трудно выполнить, что частично было преодолено изобретением термометра Бекмана. Кроме того, криоскопическая постоянная, определяющая депрессию точки замерзания, больше, чем эбуллиоскопическая постоянная, и, поскольку точку замерзания часто легче измерить с точностью, более распространено использование криоскопии.
Среди множества городских легенд, связанных с эффект эбуллиоскопического увеличения, один из них приводит к добавлению соли при варке макарон только после того, как вода начала кипеть. Заблуждение заключается в том, что, поскольку вода закипает при более высокой температуре, еда готовится быстрее. Однако при приблизительной концентрации соли в воде для приготовления пищи (10 г соли на 1 кг воды или 1 чайная ложка на кварту) эбуллиоскопическое увеличение составляет примерно 0,17 ° C (0,31 ° F), что, вероятно, не будет иметь практического значения. разница для приготовления, хотя соль может добавить вкуса.
