Erin- întotdeauna ne plac întrebările ulterioare. Arată că cineva chiar a citit un răspuns.
Am intrat pe Google, căutând „elevația moleculară a punctului de fierbere”, un nume pe care l-am obținut după ce am căutat în CRC Handbook of Chemistry and Physics. Au fost o serie de rezultate, printre care:.
Poate ar trebui să explic de ce există o relație simplă între numărul de molecule sau ioni dizolvați pe unitatea de volum și ridicarea punctului de fierbere. Este posibil ca această explicație să fie mai tehnică decât doriți dumneavoastră sau mulți alți cititori, dar nu mă pot abține să nu încerc să arăt că există o logică a acestor reguli, nu doar un set de zicale de reținut. Descrierea de mai jos este oarecum generală, dar solventul ar putea fi adesea apa, iar solutul ar putea fi sarea sau zahărul.
Un lichid fierbe atunci când este încălzit până la o temperatură pentru care energia liberă netă nu se modifică atunci când unele molecule părăsesc lichidul și se alătură gazului (la presiunea particulară utilizată). Modificarea energiei libere implică modificarea atât a energiei, cât și a entropiei (a se vedea mai jos) lichidului și a gazului. Este nevoie de multă energie pentru a scoate o moleculă din lichid, dar aceasta câștigă multă entropie prin faptul că are la dispoziție mult spațiu în care să se deplaseze în gaz. (Entropia este definită ca fiind logaritmul natural al numărului de stări disponibile). Importanța relativă a entropiei și a energiei este determinată de temperatură. Așadar, există o anumită temperatură (punctul de fierbere) la care cele două efecte se echilibrează, iar atât lichidul, cât și gazul sunt stabile.
Pentru fiecare solvent în parte, aceste efecte pot fi destul de greu de calculat, dar, din fericire, tot ceea ce ne interesează aici este schimbarea atunci când se adaugă un mic solut, deoarece acesta este cel care modifică punctul de fierbere. Să ne gândim la ce se întâmplă atunci când adăugați doar puțin solut, nu suficient pentru a exista o interacțiune prea mare între moleculele de solut sau ioni. Solutul poate modifica entropia și energia solventului, dar acest efect nu este sensibil la modificările numărului de molecule de solvent, deoarece fiecare moleculă de solut este oricum complet înconjurată de solvent. Schimbarea cheie este următoarea: atunci când o moleculă de solvent se evaporă, lasă mai puțin spațiu pentru ca moleculele de solut să se agite în el. Există mai puține stări disponibile pentru ele. Un alt mod de a spune acest lucru este că au pierdut din entropie. Dacă, să zicem, 1% din solvent s-ar evapora, fiecare moleculă de solut ar avea la dispoziție doar 99% la fel de multe stări, deci ar pierde aproximativ 0,01 de entropie, în unități de entropie naturală. Pierderea de entropie per moleculă de solut nu depinde de proprietățile moleculare ale acestuia, deci nici efectul asupra punctului de fierbere nu depinde!
mike w
Această întrebare simplă de zi cu zi are o fizică interesantă în ea, iar eu am regândit răspunsul de câteva ori. Întrebarea este dacă, pentru concentrații mici de solut nevolatil, ridicarea punctului de fierbere (sau, în mod echivalent, reducerea presiunii de vapori) depinde doar de concentrația moleculelor de solut, nu și de oricare dintre proprietățile acestora. Sunt sigur că argumentul se găsește în manualele de chimie fizică, dar în ziua de azi e ușor să te lenevești și să încerci să obții toate informațiile de pe web sau prin gândire.
La început am scris da, apoi am modificat răspunsul pentru a spune cam așa ceva. După ce m-am gândit puțin, răspunsul este da pentru orice solut neionic. Voi posta o actualizare când voi fi mai sigur în ceea ce privește soluții ionici.
În orice caz, iată argumentul pentru soluții non-ionici. Aceștia nu au interacțiuni cu rază lungă de acțiune între ei sau cu solventul. Așadar, puteți împărți energia liberă în patru părți:
1. din regiunile de solvent pur.
2. din micile bile de solvent care conțin fiecare câte o moleculă de solut
3. din interacțiunile solut-solut.
4. partea din entropia locului în care se află moleculele de solut
Termenul 4 este cel care dă efectul pe care l-am discutat mai sus.
Termenul 3 este neglijabil de mic pentru soluțiile diluate.
Termenul 2 nu se schimbă atunci când o moleculă de solvent se evaporă, deoarece numărul de molecule de solut nu se schimbă.
Termenul 1 este același ca și în cazul solventului pur.
Deci, modificarea energiei libere atunci când o moleculă de solvent pleacă spre vapori (sau spre solid) este aceeași ca și în cazul solventului pur plus termenul pe care l-am calculat și care depinde doar de solvent și de densitatea moleculelor de solut.
Acesta este genul de argument care trebuie să pară plictisitor pentru majoritatea oamenilor, dar unii dintre noi au o mare emoție atunci când un rezultat riguros și exact ca acesta apare din negura complicațiilor care sunt importante pentru majoritatea problemelor.
Cum am spus, lucrurile devin puțin mai complicate dacă există interacțiuni electrostatice cu rază lungă de acțiune, așa că va urma o actualizare.
mike w, din nou
p.s. Un calcul preliminar a ceea ce se întâmplă cu sărurile (ioni) indică faptul că acestea au același efect asupra punctului de fierbere ca și ceilalți soliți doar atunci când concentrația lor este semnificativ mai mică decât concentrația ionică de fond din solvent. În apă, aceasta este de 10-7 M fiecare de H+ și OH-. Așadar, pentru tipurile de concentrații de săruri care au un efect major, interacțiunile electrostatice fac ca efectul per ion să fie diferit de rezultatul per moleculă pentru soluții non-ionici.
(publicat la 22/10/2007)