Введение

Повышение точки кипения вследствие добавления соединения
Повышение точки кипения — это явление, при котором точка кипения жидкости (растворителя) становится выше при добавлении другого вещества, то есть раствор имеет более высокую точку кипения, чем чистый растворитель. Это происходит при добавлении нелетучего растворенного вещества, например соли, в чистый растворитель, например воду. Точку кипения можно точно измерить с помощью эбуллиоскопа.

Пояснение

Повышение точки кипения является коллигативным свойством, что означает, что оно зависит от наличия растворенных частиц и их количества, но не от их природы. Это эффект разбавления растворителя в присутствии растворенного вещества. Это явление наблюдается для всех растворенных веществ во всех растворах, даже в идеальных, и не зависит от каких-либо специфических взаимодействий растворитель-растворенное вещество. Повышение точки кипения происходит как для электролитов, таких как различные соли, так и для неэлектролитов. В термодинамических терминах, причина повышения точки кипения носит энтропический характер и может быть объяснена через давление пара или химический потенциал растворителя. В обоих случаях объяснение основано на том, что многие растворенные вещества присутствуют только в жидкой фазе и не переходят в газовую (за исключением чрезвычайно высоких температур). Если рассматривать это с точки зрения давления пара, то жидкость кипит при температуре, когда её давление пара равно окружающему давлению. Присутствие растворенного вещества снижает давление пара растворителя за счет разбавления. Нелетучее растворенное вещество имеет нулевое давление пара, поэтому давление пара раствора меньше давления пара чистого растворителя. Следовательно, для достижения окружающего давления требуется более высокая температура, и точка кипения повышается. С точки зрения химического потенциала, в точке кипения жидкая и газообразная (паровая) фазы имеют одинаковый химический потенциал (или давление пара), то есть энергетически эквивалентны. Химический потенциал зависит от температуры, и при других температурах либо жидкая, либо газообразная фаза имеет более низкий химический потенциал и энергетически более выгодна. Это означает, что при добавлении нелетучего растворенного вещества химический потенциал растворителя в жидкой фазе уменьшается за счет разбавления, в то время как химический потенциал растворителя в газовой фазе не изменяется. Это, в свою очередь, означает, что равновесие между жидкой и газовой фазами для раствора устанавливается при другой температуре, чем для чистой жидкости, то есть точка кипения повышается. Явление понижения температуры замерзания аналогично повышению точки кипения. Однако величина понижения температуры замерзания больше, чем величина повышения точки кипения для одного и того же растворителя и той же концентрации растворенного вещества. Благодаря этим двум явлениям, температурный интервал существования жидкости для растворителя расширяется в присутствии растворенного вещества.

Применение

Вместе с приведенной выше формулой, повышение точки кипения в принципе может быть использовано для измерения степени диссоциации или молярной массы растворенного вещества. Такой вид измерения называется эбулиоскопией (от греческого "наблюдение за кипением"). Однако, поскольку перегрев трудно избежать, точные измерения ΔTb затруднены, что было частично решено с помощью изобретения термометра Бекмана. Кроме того, криоскопическая константа, определяющая понижение температуры замерзания, больше, чем эбулиоскопическая константа, и поскольку температуру замерзания часто легче измерять с высокой точностью, криоскопия используется чаще.