Erin- zawsze lubimy pytania uzupełniające. To pokazuje, że ktoś rzeczywiście przeczytać odpowiedź.
I poszedł na Google, szukając „molekularnej elewacji temperatury wrzenia”, nazwa dostałem od patrząc w CRC Handbook of Chemii i Fizyki. Pojawiło się wiele trafień, w tym:.
Może powinienem wyjaśnić, dlaczego istnieje prosta zależność między liczbą rozpuszczonych cząsteczek lub jonów na jednostkę objętości i podwyższenie temperatury wrzenia. To wyjaśnienie może być bardziej techniczne niż ty lub wielu innych czytelników chcesz, ale nie mogę się oprzeć, aby pokazać, że istnieje logika do tych zasad, a nie tylko zestaw powiedzeń do zapamiętania. Poniższy opis jest nieco ogólny, ale rozpuszczalnik często może być woda, a solute może być sól lub cukier.
Ciecz wrze, gdy jest podgrzewana do temperatury, dla których energia swobodna netto nie zmienia się, gdy niektóre cząsteczki opuszczają ciecz i dołącza do gazu (w danym ciśnieniu używane). Zmiana energii swobodnej obejmuje zmianę zarówno energii i entropii (patrz poniżej) cieczy i gazu. Potrzeba dużo energii, aby wyciągnąć cząsteczkę z cieczy, ale zyskuje ona dużo entropii, ponieważ ma dużo miejsca do poruszania się w gazie. (Entropia jest definiowana jako logarytm naturalny z liczby dostępnych stanów). Względne znaczenie entropii i energii zależy od temperatury. Tak więc istnieje konkretna temperatura (temperatura wrzenia), w której oba efekty równoważą się i zarówno ciecz, jak i gaz są stabilne.
Dla każdego rozpuszczalnika, efekty te mogą być dość trudne do określenia, ale na szczęście wszystko, co nas obchodzi tutaj jest zmiana, gdy trochę rozpuszczalnika jest dodawany, ponieważ to, co zmienia temperaturę wrzenia. Pomyślmy o tym, co się dzieje, gdy dodamy tylko trochę rozpuszczalnika, nie na tyle, aby nie było dużo interakcji między cząsteczkami rozpuszczalnika lub jonów. Rozpuszczalnik może zmienić entropię i energię rozpuszczalnika, ale ten efekt nie jest wrażliwy na zmiany w liczbie cząsteczek rozpuszczalnika, ponieważ każda cząsteczka rozpuszczalnika i tak jest całkowicie otoczona przez rozpuszczalnik. Kluczowa zmiana jest następująca: kiedy cząsteczka rozpuszczalnika wyparowuje, pozostawia mniej miejsca dla cząsteczek solutu, które mogą się w nim kręcić. Jest mniej dostępnych dla nich stanów. Innym sposobem, aby to powiedzieć, jest utrata entropii. Gdyby, powiedzmy, 1% rozpuszczalnika wygotował się, każda cząsteczka solutu miałaby tylko 99% tyle samo dostępnych dla niej stanów, więc straciłaby około 0,01 entropii, w jednostkach entropii naturalnej. Strata entropii na cząsteczkę rozpuszczalnika nie zależy od jego właściwości molekularnych, więc nie ma też wpływu na temperaturę wrzenia!
mike w
Ten prosty codzienne pytanie ma kilka ciekawych fizyki w nim, a ja ponownie przemyślał odpowiedź kilka razy. Pytanie brzmi, czy dla małych stężeń nielotnego solutu podwyższenie temperatury wrzenia (lub równoważnie obniżenie ciśnienia pary) zależy tylko od stężenia cząsteczek solutu, a nie od jakichkolwiek ich właściwości. Jestem pewien, że argument jest w podręcznikach chemii fizycznej, ale w dzisiejszych czasach łatwo się leniwy i spróbować uzyskać wszystkie informacje z sieci lub przez myślenie.
Na początku napisałem tak, a następnie zmienił odpowiedź, aby powiedzieć sort-of. Po pewnym zastanowieniu, odpowiedź brzmi tak dla każdego niejonowego solutu. Zamieścimy aktualizację, gdy będę bardziej pewny co do jonowych solutów.
W każdym razie, oto argument za niejonowymi solutami. Te nie mają oddziaływań dalekiego zasięgu ze sobą lub rozpuszczalnika. Można więc rozbić energię swobodną na cztery części:
1. z regionów czystego rozpuszczalnika
2. z małych kulek rozpuszczalnika, z których każda zawiera jedną cząsteczkę solutu
3. z oddziaływań rozpuszczalnik-rozpuszczalnik
4. część z entropii miejsca, w którym znajdują się cząsteczki solutu
Term 4 jest tym, który daje efekt, o którym mówiliśmy powyżej.
Term 3 jest pomijalnie mały dla rozcieńczonych roztworów.
Term 2 nie zmienia się, gdy cząsteczka rozpuszczalnika odparowuje, ponieważ liczba cząsteczek rozpuszczalnika nie zmienia się.
Term 1 jest taki sam jak dla czystego rozpuszczalnika.
Więc zmiana energii swobodnej, gdy cząsteczka rozpuszczalnika opuszcza go, aby przejść do pary (lub ciała stałego) jest taka sama jak dla czystego rozpuszczalnika plus termin, który obliczyliśmy, który zależy tylko od rozpuszczalnika i gęstości cząsteczek rozpuszczalnika.
To jest rodzaj argumentu, który musi wydawać się nudny dla większości ludzi, ale niektórzy z nas dostają wielkiego dreszczyku emocji, gdy jakiś dokładny rygorystyczny wynik jak ten wyskakuje z mroku komplikacji, które są ważne dla większości problemów.
Jak powiedziałem, rzeczy stają się nieco bardziej skomplikowane, jeśli istnieją oddziaływania elektrostatyczne dalekiego zasięgu, więc nastąpi aktualizacja.
mike w, ponownie
p.s. Wstępne obliczenia tego, co dzieje się z soli (jonów) wskazują, że mają one tylko taki sam wpływ na temperaturę wrzenia jak inne rozpuszczalniki, gdy ich stężenie jest znacznie niższe niż tło stężenie jonów w rozpuszczalniku. W wodzie jest to 10-7 M każdego z H+ i OH-. Tak więc dla rodzajów stężenia soli, które mają znaczący wpływ, oddziaływania elektrostatyczne sprawiają, że efekt na jon różni się od wyniku na cząsteczkę dla niejonowych solutów.
(opublikowano w dniu 10/22/2007)
.