क्वथनांक ऊंचाई

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।

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:

ΔT_b = K_b · b_c

जहां क्वथनांक उन्नयन को T_{b (solution)} − T_{b (pure solvent)} के रूप में परिभाषित किया गया है।

• K_b, क्वथनांकमापी स्थिरांक, जो विलायक के गुणों पर निर्भर है। इसकी गणना K_b = RT_b²M/ΔH_v के रूप में की जा सकती है, जहां R गैस स्थिरांक है, और T_b शुद्ध विलायक का क्वथनांक है, M विलायक का ग्राम अणुक द्रव्यमान है और ΔH_v विलायक के प्रति मोल वाष्पीकरण की ऊष्मा है।
• b_c 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_c = b_solute · i के रूप में किया जाता है, जहां b_solute विलयन की मोललता है। 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

ΔT_b = K_b · b_solute · 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 K_b का मान:

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 ΔT_b माप करना कठिन है, 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

• अनुबंधित विशेषताएं
• हिमांक अवनमन
• डुह्रिंग का नियम
• विलायकों के क्वथन और जमने की जानकारी की सूची