ما المقصود بارتفاع درجة الغليان؟
ارتفاع درجة الغليان خاصية تجميعية (Colligative Property)؛ فعند إذابة مادة غير متطايرة في مذيب ترتفع درجة الحرارة التي يغلي عندها المحلول. ويعتمد مقدار هذا الارتفاع على عدد الجسيمات الذائبة وحده، لا على نوعها أو طبيعتها الكيميائية. تتيح لك هذه الحاسبة إيجاد قيمة الارتفاع (\(\Delta T_b\)) ودرجة غليان المحلول الناتجة.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل أربع قيم: عامل فانت هوف i (ويساوي 1 لغير الإلكتروليتات مثل السكر، ونحو 2 لكلوريد الصوديوم NaCl، ونحو 3 لكلوريد الكالسيوم CaCl₂)، وثابت ارتفاع درجة الغليان المولالي Kb الخاص بالمذيب (0.512 °م·كغ/مول للماء)، والمولالية للمحلول (عدد مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب)، ودرجة غليان المذيب النقي (100 °م للماء). وستعرض لك الأداة قيمة \(\Delta T_b\) ودرجة الغليان الجديدة.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$\Delta T_b = \text{i} \cdot \text{K}_b \cdot \text{m}$$ يأخذ عامل فانت هوف في الحسبان تفكك المركبات الأيونية إلى عدة جسيمات، أما Kb فهو ثابت يخص كل مذيب على حدة. وبضرب هذه القيم في المولالية نحصل على مقدار ارتفاع درجة الحرارة، الذي يُضاف بعد ذلك إلى درجة غليان المذيب النقي: $$T_{b,\text{new}} = \text{Pure BP} + \Delta T_b$$
مثال محلول
لنذيب كلوريد الصوديوم NaCl في الماء بمولالية تساوي 1 مول/كغ. يتفكك كلوريد الصوديوم إلى أيوني الصوديوم Na⁺ والكلوريد Cl⁻، لذا فإن \(\text{i} \approx 2\)، و\(\text{K}_b = 0.512\)، و\(\text{m} = 1\). ومن ثَمّ: $$\Delta T_b = 2 \times 0.512 \times 1 = 1.024 \ \text{°م}$$ وتصبح درجة الغليان الجديدة: $$100 + 1.024 = \mathbf{101.024 \ \text{°م}}$$
ثوابت Kb وعوامل فان ت هوف
يُوصف ارتفاع درجة الغليان بأنه خاصية جماعية من خلال المعادلة:
$$\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m$$حيث \(i\) هو عامل فان ت هوف (عدد جزيئات المحلول المذابة لكل وحدة صيغة من المذاب)، و\(K_b\) هو ثابت الغليان الجزيئي (ثابت ارتفاع درجة غليان مولالي) للمذيب بوحدة °C·kg/mol، و\(m\) هو المولالية من المحلول بوحدة mol/kg. تُحسب درجة الغليان المرتفعة للمحلول بإضافة \(\Delta T_b\) إلى درجة غليان المذيب النقي.
ثوابت الغليان (Kb) للمذيبات الشائعة
كل مذيب له قيمة \(K_b\) مميزة تعتمد على المذيب فقط، وليس على المذاب. تُنتج قيم \(K_b\) الأكبر ارتفاعاً أكبر لكل وحدة مولالية.
| المذيب | Kb (°C·kg/mol) | درجة الغليان العادية (°C) |
|---|---|---|
| الماء | 0.512 | 100 |
| الإيثانول | 1.22 | 78.4 |
| البنزين | 2.53 | 80.1 |
| الكلوروفورم | 3.63 | 61.2 |
| حمض الأسيتيك | 3.07 | 118 |
عوامل فان ت هوف النموذجية (i)
يعكس عامل فان ت هوف عدد الجزيئات التي يطلقها المذاب عند ذوبانه. المواد غير الكهرلية مثل السكر لا تتفكك (\(i = 1\))، بينما تتفكك المركبات الأيونية إلى أيونات متعددة، مما يرفع قيمة \(i\). القيم أدناه هي العوامل المثالية (النظرية)؛ القيم المقاسة الفعلية غالباً ما تكون أقل قليلاً بسبب الاقتران الأيوني.
| المذاب | التفكك | عامل فان ت هوف (i) |
|---|---|---|
| السكر / الجلوكوز (غير كهرلي) | لا يتفكك | 1 |
| كلوريد الصوديوم (NaCl) | Na⁺ + Cl⁻ | 2 |
| كلوريد الكالسيوم (CaCl₂) | Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 3 |
| كبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄) | 2 K⁺ + SO₄²⁻ | 3 |
| كلوريد الألومنيوم (AlCl₃) | Al³⁺ + 3 Cl⁻ | 4 |
كمرجع سريع، ذوبان 1 mol/kg من NaCl في الماء يرفع درجة الغليان بمقدار 1.024 °C، مما يعطي درجة غليان محلول تبلغ حوالي 101.024 °C.
الأسئلة الشائعة
ما هو عامل فانت هوف؟ هو عدد الجسيمات التي تنتجها وحدة صيغة المادة عند ذوبانها في المحلول؛ فيساوي 1 للمواد الجزيئية، و2 أو أكثر للأملاح التي تتفكك إلى أيونات.
أي قيمة لـ Kb ينبغي أن أستخدم؟ استخدم الثابت الموافق لمذيبك: الماء 0.512، والإيثانول 1.22، والبنزين 2.53 °م·كغ/مول.
هل تؤثر كمية المذاب في النتيجة؟ لا تؤثر إلا من خلال المولالية وعدد الجسيمات؛ أما الطبيعة الكيميائية للمذاب فلا تؤثر في \(\Delta T_b\) فيما عدا درجة تفككه.
