क्वथनांक ऊंचाई

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।

स्पष्टीकरण

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)।

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।

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। 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

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:

<बड़ा>डीटी_b = के_b · बी_c</बड़ा>

जहाँ क्वथनांक उन्नयन को T के रूप में परिभाषित किया गया है_{b (solution)} - टी_{b (pure solvent)}.

• क_b, एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक, जो विलायक के गुणों पर निर्भर है। इसकी गणना K के रूप में की जा सकती है_b = आर टी_b^{2</सुप>म/Δएच_v, जहाँ R गैस स्थिरांक है, और T_b शुद्ध विलायक का क्वथनांक [K में] है, M विलायक का मोलर द्रव्यमान है, और ΔH_v विलायक के प्रति मोल वाष्पीकरण की ऊष्मा है।}
• बी_c 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_c = ख_solute · मैं, जहां बी_solute विलयन की मोललता है। 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⁺ और Cl⁻ (अक्सर 2 के रूप में सरलीकृत)
  • i = 2.3 पानी में कैल्शियम क्लोराइड के लिए, CaCl के लगभग पूर्ण पृथक्करण के कारण₂ सीए में²⁺ और 2Cl⁻ (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।

वांट हॉफ कारक को शामिल करने के बाद समीकरण

<बड़ा>डीटी_b = के_b · बी_solute · मैं</बड़ा>

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।

एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक

एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक K का मान_b चयनित सॉल्वैंट्स के लिए:

Compound	Boiling point in °C	Ebullioscopic constant Kb in units of [(°C·kg)/mol] or [°C/molal]
Acetic acid	118.1	3.07
Benzene	80.1	2.53
Carbon disulfide	46.2	2.37
Carbon tetrachloride	76.8	4.95
Naphthalene	217.9	5.8
Phenol	181.75	3.04
Water	100	0.512

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 यूनानी बोइलिंग-व्यूइंग) कहा जाता है। हालांकि, अति ताप से बचना मुश्किल है, सटीक ΔT_b माप करना मुश्किल है,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।

यह भी देखें

• अनुबंधित विशेषताएं
• हिमांक अवनमन
• डुह्रिंग का नियम
• सॉल्वैंट्स के उबलने और जमने की जानकारी की सूची