क्वथनांक ऊंचाई: Difference between revisions

From Vigyanwiki
(Created page with "{{short description|Elevation of boiling point due to addition of a compound}} क्वथनांक उन्नयन इस घटना का वर्णन क...")
 
No edit summary
Line 1: Line 1:
{{short description|Elevation of boiling point due to addition of a compound}}
{{short description|Elevation of boiling point due to addition of a compound}}
[[क्वथनांक]] उन्नयन इस घटना का वर्णन करता है कि एक [[तरल]] (एक [[विलायक]]) का क्वथनांक अधिक होगा जब एक और यौगिक जोड़ा जाता है, जिसका अर्थ है कि एक [[समाधान (रसायन विज्ञान)]] में शुद्ध विलायक की तुलना में उच्च क्वथनांक होता है। यह तब होता है जब एक गैर-वाष्पशील विलेय, जैसे कि नमक, को पानी जैसे शुद्ध विलायक में जोड़ा जाता है। क्वथनांक को एक [[एबुलियोस्कोप]] का उपयोग करके सटीक रूप से मापा जा सकता है।
'''[[क्वथनांक]] उन्नयन''' इस घटना का वर्णन करता है कि एक [[तरल]] (एक [[विलायक]]) का क्वथनांक तब अधिक होगा जब कोई अन्य यौगिक मिलाया जाएगा, जिसका अर्थ है कि एक [[समाधान (रसायन विज्ञान)|विलयन (रसायन विज्ञान)]] में शुद्ध विलायक की तुलना में उच्च क्वथनांक होता है। यह तब होता है जब एक गैर-वाष्पशील विलेय, जैसे कि नमक को पानी जैसे शुद्ध विलायक में मिलाया जाता है। क्वथनांक को एक [[एबुलियोस्कोप|क्वथनांकमापी]] का उपयोग करके परिशुद्ध रूप से मापा जा सकता है।


== स्पष्टीकरण ==
== स्पष्टीकरण ==
[[Image:Freezing point depression and boiling point elevation.png|thumb|400px|जब एक विलेय मिलाया जाता है तो विलायक की रासायनिक क्षमता में परिवर्तन बताता है कि क्यों क्वथनांक उन्नयन होता है।]]क्वथनांक का उत्थान एक सहसंयोजक गुण है, जिसका अर्थ है कि यह घुले हुए कणों की उपस्थिति और उनकी संख्या पर निर्भर है, लेकिन उनकी पहचान पर नहीं। यह विलेय की उपस्थिति में विलायक के तनुकरण का प्रभाव है। यह एक ऐसी घटना है जो सभी समाधानों में सभी विलेय के लिए होती है, आदर्श समाधानों में भी, और किसी विशिष्ट विलेय-विलायक परस्पर क्रिया पर निर्भर नहीं करती है। क्वथनांक उन्नयन दोनों तब होता है जब विलेय एक [[इलेक्ट्रोलाइट]] होता है, जैसे कि विभिन्न लवण, और एक गैर-इलेक्ट्रोलाइट। [[ऊष्मप्रवैगिकी]] के संदर्भ में, क्वथनांक उन्नयन की उत्पत्ति [[एन्ट्रापी]] है और इसे विलायक के [[वाष्प दबाव]] या [[रासायनिक क्षमता]] के संदर्भ में समझाया जा सकता है। दोनों ही मामलों में, स्पष्टीकरण इस तथ्य पर निर्भर करता है कि कई विलेय केवल तरल चरण में मौजूद होते हैं और गैस चरण में प्रवेश नहीं करते हैं (अत्यधिक उच्च तापमान को छोड़कर)।
[[Image:Freezing point depression and boiling point elevation.png|thumb|400px|जब एक विलेय मिलाया जाता है तो विलायक की रासायनिक विभव में परिवर्तन बताता है कि क्यों क्वथनांक उन्नयन होता है।]]क्वथनांक उन्नयन एक सहसंयोजक गुण है, जिसका अर्थ है कि यह विघटित हुए कणों की उपस्थिति और उनकी संख्या पर निर्भर है, लेकिन उनकी पहचान पर निर्भर नहीं करता है। यह विलेय की उपस्थिति में विलायक के तनुकरण का प्रभाव है। यह एक ऐसी घटना है जो सभी विलयनों में सभी विलेय के लिए होती है, और यह किसी विशिष्ट विलेय-विलायक अंतःक्रिया पर निर्भर नहीं करती है। क्वथनांक उन्नयन तब होता है जब विलेय एक विद्युत-अपघट्य होता है, जैसे कि विभिन्न लवण, और एक गैर-विद्युत-अपघट्य होता है। ऊष्मप्रवैगिकी शब्दों में, क्वथनांक उन्नयन की उत्पत्ति एन्ट्रोपिक है और इसे वाष्प दबाव या विलायक की रासायनिक विभव के संदर्भ में समझाया जा सकता है। दोनों स्थितियों में, स्पष्टीकरण इस तथ्य पर निर्भर करता है कि कई विलेय केवल तरल अवस्था में सम्मिलित होते हैं और गैस अवस्था (अत्यधिक उच्च तापमान को छोड़कर) में प्रवेश नहीं करते हैं।


वाष्प दाब की शर्तों में कहें तो एक द्रव उस तापमान पर उबलता है जब उसका वाष्प दाब आसपास के दाब के बराबर हो जाता है। विलायक के लिए, विलेय की उपस्थिति तनुकरण द्वारा इसके वाष्प दाब को कम कर देती है। एक अवाष्पशील विलेय का वाष्प दाब शून्य होता है, इसलिए विलयन का वाष्प दाब विलायक के वाष्प दाब से कम होता है। इस प्रकार, वाष्प के दबाव को आसपास के दबाव तक पहुंचने के लिए एक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, और क्वथनांक ऊंचा होता है।
वाष्प दबाव के संदर्भ में कहें तो, एक तरल उस तापमान पर उबलता है जब उसका वाष्प दबाव आसपास के दबाव के समतुल्य होता है। विलायक के लिए, विलेय की उपस्थिति तनुकरण से उसके वाष्प दबाव को कम कर देती है। एक गैर-वाष्पशील विलेय का वाष्प दबाव शून्य होता है, इसलिए विलयन का वाष्प दबाव विलायक के वाष्प दबाव से कम होता है। इस प्रकार, वाष्प के दबाव को आसपास के दबाव तक पहुंचने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, और क्वथनांक उच्च होता है।


रासायनिक क्षमता के संदर्भ में, क्वथनांक पर, तरल चरण और गैस (या वाष्प) चरण में समान रासायनिक क्षमता (या वाष्प दबाव) होती है, जिसका अर्थ है कि वे ऊर्जावान रूप से समतुल्य हैं। रासायनिक क्षमता तापमान पर निर्भर है, और अन्य तापमानों पर या तो तरल या गैस चरण में रासायनिक क्षमता कम होती है और अन्य चरण की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल होती है। इसका मतलब यह है कि जब एक अवाष्पशील विलेय जोड़ा जाता है, तरल चरण में विलायक की रासायनिक क्षमता कमजोर पड़ने से कम हो जाती है, लेकिन गैस चरण में विलायक की रासायनिक क्षमता प्रभावित नहीं होती है। इसका मतलब यह है कि तरल और गैस चरण के बीच संतुलन शुद्ध तरल की तुलना में एक समाधान के लिए एक और तापमान पर स्थापित होता है, यानी क्वथनांक ऊंचा होता है।<ref name="Atkins">P. W. Atkins, ''Physical Chemistry'', 4th Ed., Oxford University Press, Oxford, 1994, {{ISBN|0-19-269042-6}}, p. 222-225</ref>
रासायनिक विभव के संदर्भ में, क्वथनांक पर, तरल अवस्था और गैस (या वाष्प) अवस्था में समान रासायनिक विभव (या वाष्प दबाव) होती है, जिसका अर्थ है कि वे ऊर्जावान रूप से समतुल्य हैं। रासायनिक विभव तापमान पर निर्भर है, और अन्य तापमानों पर या तो तरल या गैस अवस्था में रासायनिक विभव कम होती है और अन्य अवस्था की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल होती है। इसका तात्पर्य यह है कि जब एक अवाष्पशील विलेय मिलाया जाता है, तरल अवस्था में विलायक की रासायनिक विभव दुर्बल पड़ने से कम हो जाती है, लेकिन गैस अवस्था में विलायक की रासायनिक विभव प्रभावित नहीं होती है। इसका तात्पर्य यह है कि तरल और गैस अवस्था के बीच संतुलन शुद्ध तरल की तुलना में एक विलयन के लिए एक और तापमान पर स्थापित होता है, अर्थात क्वथनांक उच्च होता है।<ref name="Atkins">P. W. Atkins, ''Physical Chemistry'', 4th Ed., Oxford University Press, Oxford, 1994, {{ISBN|0-19-269042-6}}, p. 222-225</ref>
हिमांक-बिंदु अवसाद की घटना क्वथनांक उन्नयन के समान है। हालांकि, हिमांक बिंदु अवनमन का परिमाण समान विलायक और विलेय की समान सांद्रता के लिए क्वथनांक उन्नयन से बड़ा होता है। इन दो परिघटनाओं के कारण, विलेय की उपस्थिति में विलायक का द्रव परिसर बढ़ जाता है।


== पतला एकाग्रता पर गणना के लिए समीकरण ==
हिमांक अवनमन की घटना क्वथनांक उन्नयन के समान है। हालांकि, हिमांक बिंदु अवनमन का परिमाण समान विलायक और विलेय की समान सांद्रता के लिए क्वथनांक उन्नयन से बड़ा होता है।इन दो घटनाओं के कारण, किसी विलेय की उपस्थिति में विलायक की तरल सीमा बढ़ जाती है।
विलेय की गैर-अस्थिरता की धारणा के साथ क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध और राउल्ट के कानून को लागू करके उबलते-बिंदु ऊंचाई की सीमा की गणना की जा सकती है। परिणाम यह है कि तनु आदर्श विलयनों में, क्वथनांक उन्नयन की सीमा समीकरण के अनुसार विलयन की मोललता|मोलल सान्द्रता (प्रति द्रव्यमान पदार्थ की मात्रा) के समानुपाती होती है:<ref name="Atkins"/>


:<बड़ा>डीटी<sub>b</sub> = के<sub>b</sub> · बी<sub>c</sub></बड़ा>
== तनु सांद्रता पर गणना के लिए समीकरण ==
क्वथनांक उन्नयन की सीमा की गणना क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध और राउल्ट के नियम को एक साथ प्रयुक्त करके विलेय की गैर-अस्थिरता की धारणा के साथ की जा सकती है। परिणाम यह है कि तनु आदर्श विलयनों में, क्वथनांक उन्नयन की सीमा समीकरण के अनुसार विलयन की मोलल सांद्रता (प्रति द्रव्यमान पदार्थ की मात्रा) के प्रत्यक्ष आनुपातिक होती है:<ref name="Atkins" />


जहाँ क्वथनांक उन्नयन को T के रूप में परिभाषित किया गया है<sub>b (solution)</sub> - टी<sub>b (pure solvent)</sub>.
:Δ''T''<sub>b</sub> = ''K''<sub>b</sub> · ''b''<sub>c</sub>
* क<sub>b</sub>, [[एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक]], जो विलायक के गुणों पर निर्भर है। इसकी गणना K के रूप में की जा सकती है<sub>b</sub> = आर टी<sub>b</sub><sup>2</सुप>म/Δएच<sub>v</sub>, जहाँ R [[गैस स्थिरांक]] है, और T<sub>b</sub> शुद्ध विलायक का क्वथनांक [K में] है, M विलायक का मोलर द्रव्यमान है, और ΔH<sub>v</sub> विलायक के प्रति मोल वाष्पीकरण की ऊष्मा है।
* बी<sub>c</sub> संपार्श्विक गुण है, जिसकी गणना [[पृथक्करण (रसायन विज्ञान)]] को ध्यान में रखकर की जाती है क्योंकि क्वथनांक उन्नयन एक संपार्श्विक गुण है, जो विलयन में कणों की संख्या पर निर्भर करता है। यह वैन 'टी हॉफ कारक i को b के रूप में उपयोग करके सबसे आसानी से किया जाता है<sub>c</sub> = ख<sub>solute</sub> · मैं, जहां बी<sub>solute</sub> विलयन की मोललता है।<ref>{{cite web | url=https://wiki.ubc.ca/Colligative_Properties_and_Molality | title=Colligative Properties and Molality - UBC Wiki }}</ref> कारक i समाधान में एक यौगिक द्वारा गठित व्यक्तिगत कणों (आमतौर पर आयनों) की संख्या के लिए खाता है। उदाहरण:
** मैं = 1 पानी में [[सुक्रोज]] के लिए
** i = 1.9 पानी में [[सोडियम क्लोराइड]] के लिए, NaCl के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण Na में<sup>+</sup> और Cl<sup>−</sup> (अक्सर 2 के रूप में सरलीकृत)
** i = 2.3 पानी में [[कैल्शियम क्लोराइड]] के लिए, CaCl के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण<sub>2</sub> सीए में<sup>2+</sup> और 2Cl<sup>−</sup> (अक्सर 3 के रूप में सरलीकृत)


समाधान में आयन जोड़े से गैर पूर्णांक i कारक उत्पन्न होते हैं, जो समाधान में कणों की प्रभावी संख्या को कम करते हैं।
जहां क्वथनांक उन्नयन को ''T''<sub>b (solution)</sub> − ''T''<sub>b (pure solvent)</sub> के रूप में परिभाषित किया गया है।
* ''K''<sub>b</sub>, क्वथनांकमापी स्थिरांक, जो विलायक के गुणों पर निर्भर है। इसकी गणना ''K''<sub>b</sub> = ''RT''<sub>b</sub><sup>2</sup>''M''/''ΔH''<sub>v</sub> के रूप में की जा सकती है, जहां R गैस स्थिरांक है, और ''T''<sub>b</sub> शुद्ध विलायक का क्वथनांक है, M विलायक का ग्राम अणुक द्रव्यमान है और ''ΔH''<sub>v</sub> विलायक के प्रति मोल वाष्पीकरण की ऊष्मा है।
* ''b''<sub>c</sub> अणुसंख्या मोललता है, जिसकी गणना पृथक्करण को ध्यान में रखकर की जाती है क्योंकि क्वथनांक उन्नयन एक अणुसंख्या गुण है, जो विलयन में कणों की संख्या पर निर्भर करता है। यह सबसे आसानी से वैन 't हॉफ कारक i का उपयोग करके ''b''<sub>c</sub> = ''b''<sub>solute</sub> · ''i'' के रूप में किया जाता है, जहां b<sub>solute</sub> विलयन की मोललता है।<ref>{{cite web | url=https://wiki.ubc.ca/Colligative_Properties_and_Molality | title=Colligative Properties and Molality - UBC Wiki }}</ref> कारक i किसी घोल में किसी यौगिक द्वारा बनने वाले व्यक्तिगत कणों (सामान्य रूप से आयनों) की संख्या को दर्शाता है। उदाहरण:
** i=1 पानी में चीनी के लिए
** i = 1.9 पानी में [[सोडियम क्लोराइड]] के लिए, NaCl के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण Na<sup>+</sup> और Cl<sup>−</sup> (प्रायः 2 के रूप में सरलीकृत) मे
** i = 2.3 पानी में [[कैल्शियम क्लोराइड]] के लिए, CaCl<sub>2</sub> के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण Ca<sup>2+</sup> और 2Cl<sup>−</sup> (प्रायः 3 के रूप में सरलीकृत) मे


वांट हॉफ कारक को शामिल करने के बाद समीकरण
विलयन में आयन युग्म से गैर पूर्णांक i कारक उत्पन्न होते हैं, जो विलयन में कणों की प्रभावी संख्या को कम करते हैं।


:<बड़ा>डीटी<sub>b</sub> = के<sub>b</sub> · बी<sub>solute</sub> · मैं</बड़ा>
वैन 't हॉफ कारक को सम्मिलित करने के बाद समीकरण


उच्च सांद्रता पर, आदर्श समाधान # समाधान की गैर-आदर्शता के कारण उपरोक्त सूत्र कम सटीक है। यदि विलेय भी अस्थिर है, तो सूत्र को प्राप्त करने में उपयोग की जाने वाली प्रमुख मान्यताओं में से एक सत्य नहीं है, क्योंकि यह वाष्पशील विलायक में गैर-वाष्पशील विलेय के समाधान के लिए व्युत्पन्न है। वाष्पशील विलेय के मामले में वाष्पशील यौगिकों के मिश्रण की बात करना अधिक प्रासंगिक है और क्वथनांक पर विलेय के प्रभाव को मिश्रण के [[चरण आरेख]] से निर्धारित किया जाना चाहिए। ऐसे मामलों में, मिश्रण में कभी-कभी क्वथनांक हो सकता है जो किसी भी शुद्ध घटक से कम होता है; न्यूनतम क्वथनांक वाला मिश्रण एक प्रकार का [[azeotrope]] है।
:Δ''T''<sub>b</sub> = ''K''<sub>b</sub> · ''b''<sub>solute</sub> · ''i''


=== एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक ===
उच्च सांद्रता पर, आदर्श विलयन की गैर-आदर्शता के कारण उपरोक्त सूत्र कम परिशुद्ध है। यदि विलेय भी अस्थिर है, तो सूत्र को प्राप्त करने में उपयोग की जाने वाली प्रमुख धारणाओ में से एक वास्तविक नहीं है, क्योंकि यह वाष्पशील विलायक में गैर-वाष्पशील विलेय के विलयन के लिए व्युत्पन्न है। वाष्पशील विलेय की स्थितियों में वाष्पशील यौगिकों के मिश्रण के बारे में बात करना अधिक प्रासंगिक है और क्वथनांक पर विलेय का प्रभाव मिश्रण के अवस्था आरेख से निर्धारित किया जाना चाहिए। ऐसे स्थितियों में, मिश्रण में कभी-कभी क्वथनांक हो सकता है जो किसी भी शुद्ध घटक से कम होता है; न्यूनतम क्वथनांक वाला मिश्रण एक प्रकार का [[azeotrope|स्थिरक्वथनांकी]] है।
एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक K का मान<sub>b</sub> चयनित सॉल्वैंट्स के लिए:<ref>P. W. Atkins, ''Physical Chemistry'', 4th Ed., p. C17 (Table 7.2)</ref>
 
=== क्वथनांकमापी स्थिरांक ===
चयनित विलायकों के लिए क्वथनांकमापी स्थिरांक ''K''<sub>b</sub> का मान:<ref>P. W. Atkins, ''Physical Chemistry'', 4th Ed., p. C17 (Table 7.2)</ref>


{| class="wikitable"   
{| class="wikitable"   
! Compound !! Boiling point in °C !! Ebullioscopic constant  ''K''<sub>b</sub> in units of <nowiki>[</nowiki>(°C·kg)/mol<nowiki>]</nowiki> or <nowiki>[</nowiki>°C/molal<nowiki>]</nowiki>
! यौगिक !! क्वथनांक°C में !! क्वथनांकमापी स्थिरांक ''K''<sub>b</sub> [(°C·kg)/mol] या [°C/molal] की इकाइयों में
|-  
|-  
| [[Acetic acid]] || 118.1 || 3.07
| [[Acetic acid|एसीटिक अम्ल]] || 118.1 || 3.07
|-  
|-  
| [[Benzene]] || 80.1 || 2.53
| [[Benzene|बेंजीन]] || 80.1 || 2.53
|-
|-
| [[Carbon disulfide]] || 46.2 || 2.37
| [[Carbon disulfide|कार्बन डाइसल्फ़ाइड]] || 46.2 || 2.37
|-
|-
| [[Carbon tetrachloride]] || 76.8 || 4.95
| [[Carbon tetrachloride|कार्बन टेट्राक्लोराइड]] || 76.8 || 4.95
|-
|-
| [[Naphthalene]] || 217.9 || 5.8
| [[Naphthalene|नेफ़थलीन]] || 217.9 || 5.8
|-
|-
| [[Phenol]] || 181.75 || 3.04
| [[Phenol|फिनोल]] || 181.75 || 3.04
|-
|-
| [[Water]] || 100 || 0.512
| [[Water|जल]] || 100 || 0.512
|}
|}




== उपयोग करता है ==
== उपयोग करता है ==
उपरोक्त सूत्र के साथ, क्वथनांक उन्नयन सिद्धांत रूप में पृथक्करण (रसायन विज्ञान) या विलेय के दाढ़ द्रव्यमान की डिग्री को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इस तरह के मापन को एबुलियोस्कोपी ([[लैटिन]]-[[प्राचीन यूनान]]ी बोइलिंग-व्यूइंग) कहा जाता है। हालांकि, [[अति ताप]] से बचना मुश्किल है, सटीक ''ΔT''<sub>b</sub> माप करना मुश्किल है,<ref name="Atkins"/>जिसे [[बेकमैन थर्मामीटर]] के आविष्कार से आंशिक रूप से दूर किया गया था। इसके अलावा, क्रायोस्कोपिक स्थिरांक जो हिमांक-बिंदु अवसाद को निर्धारित करता है, एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक से बड़ा होता है, और चूंकि हिमांक बिंदु अक्सर सटीकता के साथ मापना आसान होता है, इसलिए [[क्रायोस्कोपी]] का उपयोग करना अधिक सामान्य है।
उपरोक्त सूत्र के साथ, क्वथनांक उन्नयन सैद्धांतिक रूप से पृथक्करण (रसायन विज्ञान) या विलेय के ग्राम अणुक द्रव्यमान की वियोजन-मात्रा को मापने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार के माप को क्वथनांकमिति (लैटिन-ग्रीक "क्वथन-दर्शी") कहा जाता है। हालाँकि, चूंकि अतितापन से संरक्षित रखना कठिन है, इसलिए परिशुद्ध ''ΔT''<sub>b</sub> माप करना कठिन है,<ref name="Atkins"/> जिसे [[बेकमैन थर्मामीटर|बेकमैन]] तापमापक के आविष्कार से आंशिक रूप से दूर किया गया था। इसके अतिरिक्त, हिमांकमितीय स्थिरांक जो हिमांक अवनमन को निर्धारित करता है, क्वथनांकमापी स्थिरांक से बड़ा होता है, और चूंकि हिमांक बिंदु प्रायः परिशुद्धता के साथ मापना आसान होता है, इसलिए [[क्रायोस्कोपी|हिमांकमिति]] का उपयोग करना अधिक सामान्य है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
Line 59: Line 60:
*[[हिमांक अवनमन]]
*[[हिमांक अवनमन]]
* डुह्रिंग का नियम
* डुह्रिंग का नियम
* [[सॉल्वैंट्स के उबलने और जमने की जानकारी की सूची]]
* [[सॉल्वैंट्स के उबलने और जमने की जानकारी की सूची|विलायकों के क्वथन और जमने की जानकारी की सूची]]


==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 18:57, 24 June 2023

क्वथनांक उन्नयन इस घटना का वर्णन करता है कि एक तरल (एक विलायक) का क्वथनांक तब अधिक होगा जब कोई अन्य यौगिक मिलाया जाएगा, जिसका अर्थ है कि एक विलयन (रसायन विज्ञान) में शुद्ध विलायक की तुलना में उच्च क्वथनांक होता है। यह तब होता है जब एक गैर-वाष्पशील विलेय, जैसे कि नमक को पानी जैसे शुद्ध विलायक में मिलाया जाता है। क्वथनांक को एक क्वथनांकमापी का उपयोग करके परिशुद्ध रूप से मापा जा सकता है।

स्पष्टीकरण

जब एक विलेय मिलाया जाता है तो विलायक की रासायनिक विभव में परिवर्तन बताता है कि क्यों क्वथनांक उन्नयन होता है।

क्वथनांक उन्नयन एक सहसंयोजक गुण है, जिसका अर्थ है कि यह विघटित हुए कणों की उपस्थिति और उनकी संख्या पर निर्भर है, लेकिन उनकी पहचान पर निर्भर नहीं करता है। यह विलेय की उपस्थिति में विलायक के तनुकरण का प्रभाव है। यह एक ऐसी घटना है जो सभी विलयनों में सभी विलेय के लिए होती है, और यह किसी विशिष्ट विलेय-विलायक अंतःक्रिया पर निर्भर नहीं करती है। क्वथनांक उन्नयन तब होता है जब विलेय एक विद्युत-अपघट्य होता है, जैसे कि विभिन्न लवण, और एक गैर-विद्युत-अपघट्य होता है। ऊष्मप्रवैगिकी शब्दों में, क्वथनांक उन्नयन की उत्पत्ति एन्ट्रोपिक है और इसे वाष्प दबाव या विलायक की रासायनिक विभव के संदर्भ में समझाया जा सकता है। दोनों स्थितियों में, स्पष्टीकरण इस तथ्य पर निर्भर करता है कि कई विलेय केवल तरल अवस्था में सम्मिलित होते हैं और गैस अवस्था (अत्यधिक उच्च तापमान को छोड़कर) में प्रवेश नहीं करते हैं।

वाष्प दबाव के संदर्भ में कहें तो, एक तरल उस तापमान पर उबलता है जब उसका वाष्प दबाव आसपास के दबाव के समतुल्य होता है। विलायक के लिए, विलेय की उपस्थिति तनुकरण से उसके वाष्प दबाव को कम कर देती है। एक गैर-वाष्पशील विलेय का वाष्प दबाव शून्य होता है, इसलिए विलयन का वाष्प दबाव विलायक के वाष्प दबाव से कम होता है। इस प्रकार, वाष्प के दबाव को आसपास के दबाव तक पहुंचने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, और क्वथनांक उच्च होता है।

रासायनिक विभव के संदर्भ में, क्वथनांक पर, तरल अवस्था और गैस (या वाष्प) अवस्था में समान रासायनिक विभव (या वाष्प दबाव) होती है, जिसका अर्थ है कि वे ऊर्जावान रूप से समतुल्य हैं। रासायनिक विभव तापमान पर निर्भर है, और अन्य तापमानों पर या तो तरल या गैस अवस्था में रासायनिक विभव कम होती है और अन्य अवस्था की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल होती है। इसका तात्पर्य यह है कि जब एक अवाष्पशील विलेय मिलाया जाता है, तरल अवस्था में विलायक की रासायनिक विभव दुर्बल पड़ने से कम हो जाती है, लेकिन गैस अवस्था में विलायक की रासायनिक विभव प्रभावित नहीं होती है। इसका तात्पर्य यह है कि तरल और गैस अवस्था के बीच संतुलन शुद्ध तरल की तुलना में एक विलयन के लिए एक और तापमान पर स्थापित होता है, अर्थात क्वथनांक उच्च होता है।[1]

हिमांक अवनमन की घटना क्वथनांक उन्नयन के समान है। हालांकि, हिमांक बिंदु अवनमन का परिमाण समान विलायक और विलेय की समान सांद्रता के लिए क्वथनांक उन्नयन से बड़ा होता है।इन दो घटनाओं के कारण, किसी विलेय की उपस्थिति में विलायक की तरल सीमा बढ़ जाती है।

तनु सांद्रता पर गणना के लिए समीकरण

क्वथनांक उन्नयन की सीमा की गणना क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध और राउल्ट के नियम को एक साथ प्रयुक्त करके विलेय की गैर-अस्थिरता की धारणा के साथ की जा सकती है। परिणाम यह है कि तनु आदर्श विलयनों में, क्वथनांक उन्नयन की सीमा समीकरण के अनुसार विलयन की मोलल सांद्रता (प्रति द्रव्यमान पदार्थ की मात्रा) के प्रत्यक्ष आनुपातिक होती है:[1]

ΔTb = Kb · bc

जहां क्वथनांक उन्नयन को Tb (solution) − Tb (pure solvent) के रूप में परिभाषित किया गया है।

  • Kb, क्वथनांकमापी स्थिरांक, जो विलायक के गुणों पर निर्भर है। इसकी गणना Kb = RTb2M/ΔHv के रूप में की जा सकती है, जहां R गैस स्थिरांक है, और Tb शुद्ध विलायक का क्वथनांक है, M विलायक का ग्राम अणुक द्रव्यमान है और ΔHv विलायक के प्रति मोल वाष्पीकरण की ऊष्मा है।
  • bc अणुसंख्या मोललता है, जिसकी गणना पृथक्करण को ध्यान में रखकर की जाती है क्योंकि क्वथनांक उन्नयन एक अणुसंख्या गुण है, जो विलयन में कणों की संख्या पर निर्भर करता है। यह सबसे आसानी से वैन 't हॉफ कारक i का उपयोग करके bc = bsolute · i के रूप में किया जाता है, जहां bsolute विलयन की मोललता है।[2] कारक i किसी घोल में किसी यौगिक द्वारा बनने वाले व्यक्तिगत कणों (सामान्य रूप से आयनों) की संख्या को दर्शाता है। उदाहरण:
    • i=1 पानी में चीनी के लिए
    • i = 1.9 पानी में सोडियम क्लोराइड के लिए, NaCl के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण Na+ और Cl− (प्रायः 2 के रूप में सरलीकृत) मे
    • i = 2.3 पानी में कैल्शियम क्लोराइड के लिए, CaCl2 के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण Ca2+ और 2Cl− (प्रायः 3 के रूप में सरलीकृत) मे

विलयन में आयन युग्म से गैर पूर्णांक i कारक उत्पन्न होते हैं, जो विलयन में कणों की प्रभावी संख्या को कम करते हैं।

वैन 't हॉफ कारक को सम्मिलित करने के बाद समीकरण

ΔTb = Kb · bsolute · i

उच्च सांद्रता पर, आदर्श विलयन की गैर-आदर्शता के कारण उपरोक्त सूत्र कम परिशुद्ध है। यदि विलेय भी अस्थिर है, तो सूत्र को प्राप्त करने में उपयोग की जाने वाली प्रमुख धारणाओ में से एक वास्तविक नहीं है, क्योंकि यह वाष्पशील विलायक में गैर-वाष्पशील विलेय के विलयन के लिए व्युत्पन्न है। वाष्पशील विलेय की स्थितियों में वाष्पशील यौगिकों के मिश्रण के बारे में बात करना अधिक प्रासंगिक है और क्वथनांक पर विलेय का प्रभाव मिश्रण के अवस्था आरेख से निर्धारित किया जाना चाहिए। ऐसे स्थितियों में, मिश्रण में कभी-कभी क्वथनांक हो सकता है जो किसी भी शुद्ध घटक से कम होता है; न्यूनतम क्वथनांक वाला मिश्रण एक प्रकार का स्थिरक्वथनांकी है।

क्वथनांकमापी स्थिरांक

चयनित विलायकों के लिए क्वथनांकमापी स्थिरांक Kb का मान:[3]

यौगिक क्वथनांक°C में क्वथनांकमापी स्थिरांक Kb [(°C·kg)/mol] या [°C/molal] की इकाइयों में
एसीटिक अम्ल 118.1 3.07
बेंजीन 80.1 2.53
कार्बन डाइसल्फ़ाइड 46.2 2.37
कार्बन टेट्राक्लोराइड 76.8 4.95
नेफ़थलीन 217.9 5.8
फिनोल 181.75 3.04
जल 100 0.512


उपयोग करता है

उपरोक्त सूत्र के साथ, क्वथनांक उन्नयन सैद्धांतिक रूप से पृथक्करण (रसायन विज्ञान) या विलेय के ग्राम अणुक द्रव्यमान की वियोजन-मात्रा को मापने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार के माप को क्वथनांकमिति (लैटिन-ग्रीक "क्वथन-दर्शी") कहा जाता है। हालाँकि, चूंकि अतितापन से संरक्षित रखना कठिन है, इसलिए परिशुद्ध ΔTb माप करना कठिन है,[1] जिसे बेकमैन तापमापक के आविष्कार से आंशिक रूप से दूर किया गया था। इसके अतिरिक्त, हिमांकमितीय स्थिरांक जो हिमांक अवनमन को निर्धारित करता है, क्वथनांकमापी स्थिरांक से बड़ा होता है, और चूंकि हिमांक बिंदु प्रायः परिशुद्धता के साथ मापना आसान होता है, इसलिए हिमांकमिति का उपयोग करना अधिक सामान्य है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4th Ed., Oxford University Press, Oxford, 1994, ISBN 0-19-269042-6, p. 222-225
  2. ↑ "Colligative Properties and Molality - UBC Wiki".
  3. ↑ P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4th Ed., p. C17 (Table 7.2)
Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=क्वथनांक_ऊंचाई&oldid=203220’