沸点の上昇の定義
溶媒に溶質を加えると、沸点が上がります。不揮発性溶質を含む混合物の沸点は、純粋な溶媒の沸点よりも高くなります。たとえば、塩化ナトリウム (塩) と水溶液は、純水よりも沸点が高くなります。
溶質と溶媒の比率が沸点の上昇を決定します 、しかし溶質のアイデンティティではありません。この側面は、溶液に加えられた溶質の量が溶液の沸点の上昇を決定することを意味します。溶液中の溶質濃度に比例して沸点が上昇します。
沸点上昇の原因は?
- 液体の蒸気圧が周囲環境の圧力と等しくなる程度が沸点です。
- 不揮発性化学物質は蒸気圧が非常に低く、容易に蒸発しません (ゼロと仮定)。不揮発性溶質を純粋な溶媒と組み合わせると、得られる溶液の蒸気圧は純粋な溶媒の蒸気圧よりも低くなります。その結果、溶液を沸騰させるにはさらに熱を加える必要があります。
- 沸点上昇とは、溶液の沸点が上昇することです。追加の溶質の濃度が増加すると、溶液の蒸気圧が低下し、沸点が上昇します。
- 溶質を溶媒に導入すると、蒸気圧が低下します。この現象は、溶質が溶媒分子を溶解する結果として発生します。
- 溶質が液体の表面で溶媒分子の一部を置き換えるときに、電解液と非電解液の両方で発生します。表面の溶媒分子が少ないため、蒸発が少なくなり、蒸気圧が低下します。
- 蒸気圧を大気圧と等しくするには、より高い温度が必要です。したがって、より高い沸点を考慮することが不可欠です。
沸点上昇式
不揮発性溶質を含む溶液の場合:
溶液の沸点は、純粋な溶媒の沸点に沸点の上昇 (Tb) を加えたものに等しくなります。溶液中の溶質濃度によって、沸点 (Tb) の上昇が決まります。
沸点上昇の程度を計算することができます。次の式を使用して決定できます。 沸点誘導の上昇から次の式が得られます :
ΔT b =i*K b *m
どこで、
- i はヴァントホフ係数です
- Kb は ebullioscopic 定数です
- m は溶質のモル濃度です
特に、溶質濃度が非常に高い場合、この式は正確ではなくなります。さらに、この式は揮発性溶剤には適用されません。
ebullioscopic 定数 (Kb) は、通常、1 モル当たりの摂氏度または mol-1 の 1 キログラム当たりの摂氏度で表されます。 沸点上昇を使用できます 溶質の解離度と溶質のモル質量を計算する手法。
解決例
200 グラムのベンゼンに、10 グラムの非揮発性、非解離性溶質 溶解します。得られた溶液は摂氏 81.2 度で沸騰します。溶質のモル質量を決定します。
x を溶質のモル数とします。純ベンゼンには、2.53 °C/molal の ebullioscopic 定数と 80.1 °C の沸点が必要です。 沸点上昇の式から次の関係が導き出されます。
(81.2 oC – 80.1 oC) =(1)*(2.53 oC.kg.mol-1)(x/0.2 kg)
x =(1.1 oC*0.2 kg)/(2.53 oC.kg.mol-1)
x =0.0869 モル
0.0869 モルの溶質の質量は 10 グラムなので、1 モルの溶質の質量は 10/0.0869 グラム、つまり 115.07 グラムになります。その結果、溶質のモル質量は 115.07 グラム/モルです。
沸点上昇と蒸気圧の関係
沸点の上昇は、蒸気圧で説明できます。
特定の温度で凝縮相と熱力学的平衡状態にある蒸気によって加えられる圧力は、蒸気圧として知られています。簡単に言えば、溶液分子が気相に入って逃げる傾向の量です。
液体の蒸気圧が気圧と等しくなると、液体は沸騰します。
K b =RT b 2 M/ΔH v 、
どこで、
R はガス定数です
Tb は純粋な溶媒の沸点 [K]、
M は溶媒のモル質量
ΔHv は、溶媒 1 モルあたりの蒸発熱です。
結論
この記事では、沸点の上昇について学ぶために必要なすべてを共有しています.沸点上昇の詳細な定義とその式を示します。また、解決済みの例により、トピックを簡単に理解できます。
