Ανύψωση του σημείου βρασμού.

Εισαγωγή

Η αύξηση του σημείου βρασμού ενός διαλύτη που προκαλείται από την προσθήκη μιας διαλυμένης ουσίας αναφέρεται ως ανύψωση σημείου βρασμού. Όταν μια διαλυμένη ουσία και ένας μη πτητικός διαλύτης συνδυάζονται, το διάλυμα που προκύπτει έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από τον καθαρό διαλύτη. Η ανύψωση του σημείου βρασμού είναι μια συλλογική ιδιότητα της ύλης, που σημαίνει ότι επηρεάζεται από την αναλογία διαλυμένης ουσίας προς διαλύτη αλλά όχι από την ταυτότητα της διαλυμένης ουσίας. Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που προστίθεται σε ένα διάλυμα προκαλεί αύξηση του σημείου βρασμού. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανύψωση του σημείου βρασμού.

Γιατί εμφανίζεται ανύψωση του σημείου βρασμού;

Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών του ισούται με την πίεση στο περιβάλλον του. Οι μη πτητικές ουσίες δεν εξατμίζονται εύκολα και έχουν πολύ χαμηλές πιέσεις ατμών (υποτίθεται ότι είναι μηδενικές).

Ως αποτέλεσμα, πρέπει να εφαρμοστεί περισσότερη θερμότητα στο διάλυμα για να βράσει. Η ανύψωση του σημείου βρασμού είναι η αύξηση του σημείου βρασμού του διαλύματος. Η αύξηση της συγκέντρωσης της προστιθέμενης διαλυμένης ουσίας έχει ως αποτέλεσμα περαιτέρω μείωση της τάσης ατμών του διαλύματος και αύξηση του σημείου βρασμού του διαλύματος.

Τύπος ανύψωσης σημείου βρασμού

Ο σκοπός βρασμού μιας απάντησης μη πτητικής ουσίας εκφράζεται ως εξής:

Το σημείο βρασμού ενός διαλύματος είναι ίσο με το σημείο βρασμού του καθαρού διαλύτη συν την ανύψωση του σημείου βρασμού (ΔTb).

Η αύξηση του σκοπού βρασμού (ΔTb) είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση της ουσίας μέσα στο διάλυμα.

Οι εξισώσεις είναι.

ΔT β =i*K β *m

Πού,

Kb είναι η βουλλιοσκοπική σταθερά
m είναι η μοριακότητα της διαλυμένης ουσίας
είμαι ο παράγοντας Van’t Hoff

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι όταν η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας είναι πολύ υψηλή, αυτός ο τύπος γίνεται λιγότερο ακριβής. Επιπλέον, αυτός ο τύπος δεν ισχύει για πτητικούς διαλύτες.

Η βουλλιοσκοπική σταθερά (Kb) εκφράζεται συχνά σε oC/molal ή oC.kg.mol-1. Οι τιμές του Kb για ορισμένους κοινούς διαλύτες φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Διαλύτης	K β τιμή (σε o C.kg.mol -1 )
Νερό	0,512
Φαινόλη	3.04
Οξικό οξύ	3.07
Χλωροφόρμιο	3.63
Βενζόλιο	2,53

Ο τύπος ανύψωσης του σημείου βρασμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του βαθμού διάστασης της διαλυμένης ουσίας καθώς και της μοριακής μάζας της διαλυμένης ουσίας.

Υψόμετρο στην παραγωγή σημείου βρασμού

Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι μια σημαντική φυσική ιδιότητα. Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών του ισούται με την ατμοσφαιρική πίεση (1 atm). Όταν μια μη πτητική διαλυμένη ουσία προστίθεται σε έναν καθαρό διαλύτη στο σημείο βρασμού του, η τάση ατμών του διαλύματος πέφτει κάτω από 1 atm. Η θερμοκρασία του διαλύματος πρέπει να αυξηθεί για να αποκατασταθεί η τάση ατμών στο 1 atm. Ως αποτέλεσμα, το διάλυμα βράζει σε υψηλότερη θερμοκρασία (Tb) από το σημείο βρασμού του καθαρού διαλύτη (Tb°). Αυτή η αύξηση του σημείου βρασμού αναφέρεται ως ανύψωση του σημείου βρασμού.

Ας υποθέσουμε ότι η τάση ατμών του διαλύματος αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Η καμπύλη χρώματος βιολετί απεικονίζει τη μεταβολή της πίεσης των ατμών με τη θερμοκρασία για το καθαρό νερό. Το νερό έχει τάση ατμών 1 atm στους 100 0C. Ως αποτέλεσμα, το σημείο βρασμού του νερού είναι 1000 C (Tb°). Όταν μια διαλυμένη ουσία προστίθεται στο νερό, η τάση ατμών του διαλύματος που προκύπτει μειώνεται. Η πράσινη καμπύλη αντιπροσωπεύει τη μεταβολή της τάσης ατμών σε σχέση με τη θερμοκρασία για το διάλυμα. Το γράφημα δείχνει ότι η τάση ατμών του διαλύματος είναι ίση με 1 atm πίεση σε θερμοκρασίες Tb μεγαλύτερες από Tb°. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο θερμοκρασιών (Tb–Tb°) δίνει την ανύψωση του σημείου βρασμού.

Το υψόμετρο του σημείου βρασμού (ΔTb)=Tb – Tb°

Η αύξηση του σημείου βρασμού είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση των σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας.

ΔTb α m (9,23)

Το m υποδηλώνει τη συγκέντρωση ενός διαλύματος σε molality.

ΔTb =Kb m (9,23)

Πού,

Το Kb=είναι η μοριακή σταθερά ανύψωσης του σημείου βρασμού, επίσης γνωστή ως η βουλλιοσκοπική σταθερά.

Αν m=1, τότε ΔTb=Kb;

Ως αποτέλεσμα, το Kb είναι ίσο με την αύξηση τουσημείου βρασμού για ένα διάλυμα molal. Η ακόλουθη έκφραση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του Kb.

Ορισμός ανύψωσης σημείου βρασμού

Το φαινόμενο της ανύψωσης σημείου βρασμού συμβαίνει όταν το σημείο βρασμού ενός υγρού (διαλύτης) αυξάνεται με την προσθήκη άλλης ένωσης, με αποτέλεσμα ένα διάλυμα με υψηλότερο σημείο βρασμού από τον καθαρό διαλύτη. Όταν μια μη πτητική διαλυμένη ουσία προστίθεται σε έναν καθαρό διαλύτη, το σημείο βρασμού αυξάνεται.

Ενώ ο αριθμός των διαλυμένων σωματιδίων σε ένα διάλυμα επηρεάζει την ανύψωση του σημείου βρασμού, η ταυτότητά τους είναι ασήμαντη. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαλυτών και διαλυμάτων δεν επηρεάζουν την ανύψωση του σημείου βρασμού.

Ένα βουλλιοσκόπιο χρησιμοποιείται για την ακριβή μέτρηση του σημείου βρασμού και, επομένως, για τον εντοπισμό του αν έχει σημειωθεί ή όχι ανύψωση του σημείου βρασμού, καθώς και για το πόσο έχει αλλάξει το σημείο βρασμού.

Παραδείγματα Ανύψωση Σημείου Βρασμού

Υπολογίστε το σημείο βρασμού ενός διαλύματος 3,5% (κατά βάρος) χλωριούχου νατρίου σε νερό.

1 kg του διαλύματος που δίνεται περιέχει 0,035 kg NaCl και 0,965 kg H2O. Δεδομένου ότι η μοριακή μάζα του NaCl είναι 58,5, ο αριθμός των mol NaCl σε 1 kg διαλύματος είναι:

(35g)/(58,5g.mol-1) =0,598 moles

Η μοριακότητα του NaCl σε 1kg του διαλύματος μπορεί να υπολογιστεί ως:

m =(0,598mol)/(0,965 kg) =0,619 molal

Η υψομετρική σταθερά του σημείου βρασμού του νερού είναι 0,512 oC.kg/molal. Εφόσον το NaCl διασπάται σε 2 ιόντα, ο παράγοντας Van’t Hoff για αυτήν την ένωση είναι 2. Επομένως, το υψόμετρο του σημείου βρασμού (ΔTb) μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

ΔTb =2*(0,52oC/molal)*(0,619 molal) =0,643oC

Σημείο βρασμού του διαλύματος =σημείο βρασμού καθαρού διαλύτη + ανύψωση σημείου βρασμού

=100oC + 0,643oC =100,643oC

Επομένως, το σημείο βρασμού του διαλύματος NaCl 3,5% είναι 100,643oC.

Συμπέρασμα

Η προσθήκη θερμότητας προκαλεί τη μετατροπή του υγρού στον ατμό του χωρίς να αυξάνεται η θερμοκρασία. Σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, ένα υγρό εξατμίζεται μερικώς στο χώρο πάνω από αυτό έως ότου η πίεση που ασκείται από τον ατμό φτάσει σε μια χαρακτηριστική τιμή που ονομάζεται τάση ατμών του υγρού σε αυτή τη θερμοκρασία. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η τάση ατμών αυξάνεται. στο σημείο βρασμού, σχηματίζονται φυσαλίδες ατμού μέσα στο υγρό και ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Το σημείο βρασμού ενός υγρού ποικίλλει ανάλογα με την πίεση που εφαρμόζεται. το κανονικό σημείο βρασμού είναι η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών είναι ίση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας (760 mm [29,92 in] υδραργύρου). Στο επίπεδο της θάλασσας, το νερό βράζει στους 100 ° C (212 ° F). Σε μεγαλύτερα υψόμετρα, η θερμοκρασία του σημείου βρασμού είναι χαμηλότερη.