
【機】 molecular elevation of boiling-point
克分子沸點上升(英文:Molal Boiling Point Elevation)是溶液熱力學中的一個重要概念,指在純溶劑中加入非揮發性溶質後,溶液沸點高于純溶劑沸點的現象。其升高值(ΔTb)與溶質的質量摩爾濃度(m)成正比,比例常數稱為沸點升高常數(Kb)。公式表達為:
$$ ΔT_b = K_b cdot m $$
其中:
依數性本質
該現象屬于溶液的依數性,即性質變化僅取決于溶質粒子的數量濃度,與溶質種類無關。其物理本質是溶質粒子降低了溶劑在液相的蒸氣壓,需更高溫度才能使蒸氣壓等于外界氣壓(達到沸點)。
沸點升高常數(Kb)
由溶劑本性決定,與溶劑的摩爾質量(M)、沸點(Tb)和汽化焓(ΔHvap)相關:
$$ K_b = frac{RTb M}{1000 Delta H{vap}} $$
例如水的 Kb = 0.512 ℃·kg/mol,苯的 Kb = 2.53 ℃·kg/mol。
溶質電離的影響
若溶質在溶液中電離(如 NaCl → Na⁺ + Cl⁻),則溶質粒子總數增加。此時需引入範托夫因子(i)(電離産生的粒子數),公式修正為:
$$ ΔT_b = i cdot K_b cdot m $$
$$ M = frac{K_b cdot w cdot 1000}{ΔT_b cdot W} $$
“克分子沸點上升”這一表述需要拆解為“克分子”和“沸點上升”兩部分理解,并結合物理化學中的依數性原理進行解釋:
基本概念
液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界壓力時的溫度。當外界壓力增大或液體中存在溶質時,沸點會升高。
例如:純水在常壓下沸點為100℃,而氯化鈉溶液的沸點可達109℃。
與克分子的關聯(依數性)
溶液的沸點升高屬于依數性現象,即與溶質的粒子數(克分子數)相關。公式為:
$$
Delta T_b = K_b cdot m
$$
其中:
“克分子沸點上升”可理解為:當溶液中溶質的克分子數(摩爾數)增加時,其沸點會按比例升高。例如,1 mol(克分子)非揮發性溶質溶解于1 kg水中,可使沸點升高約0.512℃。這一現象廣泛應用于工業蒸發、溶液濃縮等過程。
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