Kaynama noktası yükselmesi - Boiling-point elevation

Kaynama noktası yükselmesi , başka bir bileşik eklendiğinde bir sıvının (bir çözücünün ) kaynama noktasının daha yüksek olacağı olgusunu tanımlar; bu, bir çözeltinin kaynama noktasının saf bir çözücüden daha yüksek olduğu anlamına gelir . Bu, su gibi saf bir çözücüye tuz gibi uçucu olmayan bir çözünen eklendiğinde meydana gelir. Kaynama noktası, bir ebullioskop kullanılarak doğru bir şekilde ölçülebilir .

Açıklama

Bir çözücü eklendiğinde bir çözücünün kimyasal potansiyelindeki değişiklik, kaynama noktası yükselmesinin neden gerçekleştiğini açıklar.

Kaynama noktası yükselmesi a, bağlayıcı olmadan özelliği çözünmüş parçacıklar ve bunların sayısının varlığına bağlı olduğu anlamına gelir, ancak kimlik. Bir çözünen varlığında çözücünün seyreltilmesinin bir etkisidir. İdeal çözümlerde bile tüm çözümlerde tüm çözünenler için meydana gelen ve herhangi bir spesifik çözünen-çözücü etkileşimine bağlı olmayan bir olgudur. Kaynama noktası yükselmesi, hem çözünen hem çeşitli tuzlar gibi bir elektrolit hem de elektrolit olmayan bir madde olduğunda meydana gelir . Olarak termodinamik açıdan, kaynama noktası yüksekliği kökeni entropik ve açısından açıklanabilir buhar basıncına ya da kimyasal potansiyel solvent. Her iki durumda da açıklama, birçok çözünen maddenin yalnızca sıvı fazda bulunmasına ve gaz fazına girmemesine bağlıdır (aşırı yüksek sıcaklıklar hariç).

Buhar basıncı terimleriyle ifade edersek, bir sıvı, buhar basıncının çevredeki basınca eşit olduğu sıcaklıkta kaynar. Çözücü için, çözünenin varlığı seyreltme yoluyla buhar basıncını düşürür. Uçucu olmayan bir çözünenin buhar basıncı sıfırdır, bu nedenle çözeltinin buhar basıncı, çözücünün buhar basıncından daha azdır. Bu nedenle, buhar basıncının çevre basıncına ulaşması için daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyaç vardır ve kaynama noktası yükselir.

Kimyasal potansiyel terimleriyle ifade edilirse, kaynama noktasında sıvı faz ve gaz (veya buhar) faz aynı kimyasal potansiyele (veya buhar basıncına) sahiptir, yani enerjisel olarak eşdeğerdirler. Kimyasal potansiyel sıcaklığa bağlıdır ve diğer sıcaklıklarda sıvı veya gaz fazı daha düşük kimyasal potansiyele sahiptir ve diğer fazdan daha enerjik olarak uygundur. Bu, uçucu olmayan bir çözünen eklendiğinde, sıvı fazdaki solventin kimyasal potansiyelinin seyreltme ile azaldığı, ancak gaz fazındaki solventin kimyasal potansiyelinin etkilenmediği anlamına gelir. Bu da, sıvı ve gaz fazı arasındaki dengenin, bir çözelti için saf bir sıvıdan başka bir sıcaklıkta kurulduğu, yani kaynama noktasının yükseldiği anlamına gelir.

Donma noktası alçalması olgusu, kaynama noktası yükselmesine benzer. Bununla birlikte, donma noktası depresyonunun büyüklüğü, aynı çözücü ve aynı konsantrasyonda bir çözünen için kaynama noktası yükselmesinden daha büyüktür. Bu iki olay nedeniyle, bir çözücünün sıvı aralığı, bir çözünen varlığında artar.

Seyreltik konsantrasyonda hesaplamalar için denklem

Kaynama noktası yükselmesinin kapsamı, Clausius-Clapeyron ilişkisi ve Raoult yasası ile birlikte çözünen maddenin uçucu olmaması varsayımı uygulanarak hesaplanabilir . Sonuç, seyreltik ideal çözeltilerde, kaynama noktası yükselmesinin derecesi , denkleme göre çözeltinin molar konsantrasyonu (kütle başına madde miktarı) ile doğru orantılıdır :

Δ T b = K b · b B

burada kaynama noktası yükselmesi, T b (çözelti) - T b (saf çözücü) olarak tanımlanır .

  • K b , çözücünün özelliklerine bağlı olan ebulliyoskopik sabit . Bu şekilde hesaplanabilir K b = RT b 2 M / AH v , R, bir gaz sabiti ve T B [K] saf çözücü maddenin kaynama sıcaklığı olan, M bir çözücü molar kütlesi ve AH v , çözücünün molü başına buharlaşma ısısıdır .
  • b B , kaynama noktası yükselmesi, çözeltideki parçacıkların sayısına bağlı bir koligatif özellik olduğundan, ayrışma dikkate alınarak hesaplanan çözeltinin molalitesidir . Bu en kolay şekilde van 't Hoff faktörü i'yi b B = b çözünen · i olarak kullanarak yapılır . Faktör i , çözeltideki bir bileşik tarafından oluşturulan bireysel parçacıkların (tipik olarak iyonların) sayısını açıklar. Örnekler: i = 1
  • i için 1.9 = sodyum klorür , Na içine NaCl yakın tam ayrışmasına, su içinde + ve Cl - (genellikle 2 olarak basitleştirilmiş)
  • CaCl 2'nin Ca 2+ ve 2Cl'ye neredeyse tamamen ayrışması nedeniyle sudaki kalsiyum klorür için i = 2.3 − (genellikle 3 olarak basitleştirilir)

Sigara tamsayıdır i çözelti içinde parçacıkların etkin sayısını düşürmek çözeltide iyon çiftlerinin sonucunu faktörleri.

Van 't Hoff faktörü dahil edildikten sonra denklem

Δ T b = K b · b çözünen · i

Yüksek konsantrasyonlarda, çözümün ideal olmaması nedeniyle yukarıdaki formül daha az kesindir . Çözünen madde de uçucu ise, formülün türetilmesinde kullanılan temel varsayımlardan biri doğru değildir, çünkü bu, uçucu bir çözücüdeki uçucu olmayan çözünenlerin çözeltileri için türetilmiştir. Uçucu çözünen maddeler söz konusu olduğunda, uçucu bileşiklerin bir karışımından bahsetmek daha uygundur ve çözünen maddenin kaynama noktası üzerindeki etkisi , karışımın faz diyagramından belirlenmelidir . Bu gibi durumlarda, karışım bazen saf bileşenlerin herhangi birinden daha düşük bir kaynama noktasına sahip olabilir; minimum kaynama noktasına sahip bir karışım bir tür azeotroptur .

ebullioskopik sabitler

Seçilen çözücüler için ebulliyoskopik sabitlerin K b değerleri :

Birleştirmek °C cinsinden kaynama noktası Ebullioskopik sabit K b [(°C·kg)/mol] veya [°C/molal] birimlerinde
Asetik asit 118.1 3.07
Benzen 80.1 2.53
Karbon disülfid 46.2 2.37
Karbon tetraklorür 76.8 4,95
Naftalin 217.9 5.8
Fenol 181,75 3.04
Suçlu 100 0,512

kullanır

Yukarıdaki formülle birlikte, kaynama noktası yükselmesi prensipte çözünen maddenin ayrışma derecesini veya molar kütlesini ölçmek için kullanılabilir . Bu tür ölçüme ebulliyoskopi ( Yunanca "kaynatma-görüntüleme") denir . Bununla birlikte, aşırı ısınmadan kaçınmak zor olduğu için, Beckmann termometresinin icadıyla kısmen üstesinden gelinen kesin ΔT b ölçümlerinin gerçekleştirilmesi zordur . Ayrıca, donma noktası çökmesini belirleyen kriyoskopik sabit, ebulliyoskopik sabitten daha büyüktür ve donma noktasının hassas bir şekilde ölçülmesi genellikle daha kolay olduğundan, kriyoskopi kullanmak daha yaygındır .

Ayrıca bakınız

Referanslar