Q & A: 牛乳の沸点

Erin-私たちは常にフォローアップの質問が好きです。 誰かが実際に答えを読んでいることがわかります。
私は Google で、CRC Handbook of Chemistry and Physics を見て得た名前である「molecular elevation of boiling point (沸点の分子上昇)」を検索しました。
その結果、次のようなものがヒットしました。
なぜ、単位体積あたりの溶存分子やイオンの数と沸点上昇に単純な関係があるのかを説明すべきかもしれませんね。 この説明は、あなたや他の多くの読者が望むよりも専門的かもしれないが、これらの規則には論理があり、単に覚えておくべき格言ではないことを示そうとしないわけにはいかないのである。

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このような場合、「自由エネルギーの変化」には、液体と気体のエネルギーとエントロピー(下記参照)の両方の変化が含まれます。 分子を液体から引き離すには大きなエネルギーが必要ですが、気体の中で走り回れる空間ができることで、多くのエントロピーを得ることができます。 (エントロピーは、利用可能な状態の数の自然対数として定義される)。 エントロピーとエネルギーの相対的な重要性は、温度によって決まる。 つまり、2つの効果がバランスし、液体と気体の両方が安定する特定の温度(沸点)が存在する。
それぞれの溶媒について、その効果を把握するのはかなり難しいのですが、幸いなことに、ここでは溶質を少し加えたときの変化だけを考えればよいので、それで沸点が変わるからです。 溶質分子やイオン間の相互作用があまりない、ほんの少しの溶質を加えたときに何が起こるかを考えてみよう。 溶質は溶媒のエントロピーとエネルギーを変化させるかもしれないが、溶媒分子の数の変化には影響されない。なぜなら、溶質分子はどうせ溶媒に完全に包まれているからだ。 溶媒分子が蒸発すると、溶質分子が動き回れるスペースが少なくなる。 溶媒分子が蒸発すると、溶質分子が自由に動き回れる場所が少なくなる。 別の言い方をすれば、エントロピーを失ったということだ。 例えば、溶媒の1%が沸騰した場合、各溶質分子が利用できる状態は99%しかないので、自然エントロピーの単位で言うと約0.01のエントロピーが失われることになる。 溶質分子1個あたりのエントロピー損失は、その分子の性質に依存しないので、沸点への影響もありません
mike w
この単純な日常の質問には、興味深い物理学が含まれており、私は何度かその答えを考え直しました。 不揮発性の溶質濃度が小さい場合、沸点上昇(あるいは同等に蒸気圧低下)は溶質分子の濃度のみに依存し、その特性には一切依存しないのか、ということです。 物理化学の教科書に載っている議論だと思いますが、最近はWebや思考ですべての情報を得ようとすると怠けがちです。
最初はYesと書き、その後sort-ofと答えを変えました。
最初は「はい」と書きましたが、「sort-of」と答えを変えました。

そして、このような「忖度」は、「忖度」と「忖度」を掛け合わせた「忖度」である。

そのため、自由エネルギーは4つの部分に分けることができます。
1.純粋な溶媒領域から
2.溶質分子1つを含む小さな溶媒球から
3.溶質と溶質の相互作用から
4.溶質分子のある場所のエントロピーから
4項は、上で述べた効果を与えるもので、
3項は希薄溶液では無視できるほど小さいです。

このように、溶媒分子が蒸発する際の自由エネルギーの変化は、溶媒と溶質分子の密度のみに依存する純粋な溶媒の項と我々が計算した項を足したものとなります。
このような議論は、ほとんどの人にとっては退屈に思えるかもしれませんが、ほとんどの問題にとって重要な複雑さの中から、このような厳密な結果が飛び出すと、大きな興奮を覚える人もいます。
私が言ったように、長距離静電相互作用がある場合は、もう少し複雑になるので、更新が必要です。 水の場合、H+とOH-がそれぞれ10-7Mである。 つまり、大きな影響を与える塩の濃度については、静電相互作用によって、イオンあたりの効果が、非イオン性溶質の分子あたりの結果とは異なるということです。

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