沸點升高
編輯沸點升高描述了當加入另一種化合物時液體(溶劑)的沸點會更高的現象,意味著溶液的沸點高于純溶劑。 每當將非揮發性溶質(例如鹽)添加到純溶劑(例如水)中時,就會發生這種情況。 可以使用沸點儀準確測量沸點。
說明
編輯沸點升高是一種依數性,這意味著它取決于溶解顆粒的存在及其數量,而不是它們的特性。 它是在溶質存在下稀釋溶劑的結果。 這種現象發生在所有溶液中的所有溶質中,即使在理想溶液中也是如此,并且不依賴于任何特定的溶質-溶劑相互作用。 當溶質是電解質(例如各種鹽)和非電解質時,沸點升高都會發生。 用熱力學術語來說,沸點升高的起因是熵,可以用溶劑的蒸氣壓或化學勢來解釋。 在這兩種情況下,解釋都基于這樣一個事實,即許多溶質僅存在于液相中而不會進入氣相(除非在極高溫度下)。
用蒸氣壓術語來說,當液體的蒸氣壓等于周圍壓力時,液體會在該溫度下沸騰。 對于溶劑,溶質的存在會通過稀釋降低其蒸氣壓。 非揮發性溶質的蒸氣壓為零,因此溶液的蒸氣壓小于溶劑的蒸氣壓。 因此,蒸汽壓達到周圍壓力需要更高的溫度,并且沸點升高。
用化學勢術語來說,在沸點時,液相和氣相(或氣相)具有相同的化學勢(或蒸氣壓),這意味著它們在能量上是等效的。 化學勢取決于溫度,在其他溫度下,液相或氣相具有較低的化學勢并且比其他相在能量上更有利。 這意味著當加入非揮發性溶質時,液相中溶劑的化學勢因稀釋而降低,但氣相中溶劑的化學勢不受影響。 這反過來意味著液相和氣相之間的平衡是在與純液體不同的溶液溫度下建立的,即沸點升高。
冰點降低的現象類似于沸點升高。 但是,對于相同溶劑和相同濃度的溶質,凝固點降低的幅度大于沸點升高的幅度。 由于這兩種現象,溶劑的液體范圍在溶質存在下增加。
稀濃度計算公式
編輯沸點升高的程度可以應用克勞修斯-克拉佩龍關系和拉烏爾定律以及溶質不揮發的假設來計算。 結果是,在稀釋的理想溶液中,沸點升高的程度與溶液的摩爾濃度(每質量物質的量)成正比,
其中沸點升高定義為 Tb(溶液)- Tb(純溶劑)。
- Kb,沸點常數,取決于溶劑的性質。 它可以計算為 Kb = RTb2M/ΔHv,其中 R 是氣體常數,Tb 是純溶劑的沸點 [以 K 為單位],M 是溶劑的摩爾質量,ΔHv 是蒸發熱每 溶劑的摩爾數。
- bc 是依數摩爾濃度,通過考慮解離來計算,因為沸點升高是依數性質,取決于溶液中的粒子數。 這最容易通過使用 van 't Hoff 因子 i 作為 bc = bsolute · i 來完成,其中 bsolute 是溶液的摩爾濃度。 因子 i 表示溶液中化合物形成的單個粒子(通常是離子)的數量。 例子:
- 對于水中的糖,i = 1
- 對于水中的氯化鈉,i = 1.9,因為 NaCl 幾乎完全解離為 Na+ 和 Cl-(通常簡化為 2)
- 對于水中的氯化鈣,i = 2.3,因為 CaCl2 幾乎完全解離為 Ca2+ 和 2Cl?(通常簡化為 3)
非整數 i 因子由溶液中的離子對產生,它降低了溶液中的有效粒子數。
包含 van 't Hoff 因子后的方程
ΔTb = Kb · xxx · i
在高濃度下,由于溶液的非理想性,上述公式不太精確。 如果溶質也是揮發性的,則用于推導公式的關鍵假設之一是不正確的,因為它是針對非揮發性溶質的溶液推導的。
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