沸點上升與凝固點下降 Boiling-Point Elevation and Freezing-Point Depression

化學原理啟迪430

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1.     在前面的章節我們學到，「非揮發性溶質」如何影響液態溶劑的蒸汽壓；因為「物質的相」的改變與「蒸汽壓」有關，因此「溶質」也會影響「溶劑」的凝固點與沸點。

2.     凝固點的下降、沸點的上升與滲透壓，具有依數性colligative properties；凝固點的下降、沸點的上升與滲透壓，都被歸為具有依數性的類別，是因為這些性質與理想溶液內溶質粒子的數量有關，與溶質的性質無關。

3.     因為凝固點的下降、沸點的上升與滲透壓，與溶質粒子的數量直接相關，所以我們可用「依數性」來判斷，溶質溶解於溶劑後的特性，與溶質的莫耳量。

沸點上升Boiling-Point Elevation

4.     液體的正常沸點是1大氣壓（1atm）下的溫度。我們已經知道，非揮發性溶質會降低溶劑的蒸汽壓，因此，溶液必須加熱到，比純溶劑的沸點，更高的溫度，才能蒸發。也就是說，非揮發性溶質提高溶液的沸點。

5.     下圖為含有非揮發性溶質的液態溶液：

6.     特別留意，溶液的液態/氣態分界線的溫度，比純水溶劑的液態/氣態分界線，更高。

7.     徐弘毅注：溶液，從固態融化成液態的熔點溫度，比純水低，溶液的凝固點下降；溶液，從液態蒸發成氣態的沸點溫度，比純水高，溶液的沸點升高。為什麼「溶液，從固態融化成液態的熔點溫度，比純水低」？

溶液是混有溶質的水，當水中參雜溶質，水分子本來彼此的有秩序的鍵結方式，被溶質打斷了，因此固體結構裡存在許多空隙，所以，用比較低的溫度能量，便能鬆動這種結構，使冰融化成液體。◆

8.     如同你所預期的，沸點提高的幅度與溶質的濃度有關。沸點的改變幅度，可用以下的方程式說明：

ΔT＝Kb msolute 

ΔT是沸點提高的幅度，或溶液的沸點與純溶劑的沸點之間的差距；Kb是描述溶劑特質的常數，稱為沸點升高常數model boiling-point elevation constant；msolute是溶質在溶液的重量莫耳濃度。

註：重量莫耳濃度molality：溶液，每公斤溶劑的溶質莫耳數。

9.     數種溶劑的沸點升高常數(Kb)與凝固點下降常數(Kf) 

10. 我們可從觀察到的沸點升高幅度，判斷出溶質莫耳量。

11. 【例題】將18.00g的葡萄醣溶解於150.0g的水，製備出糖水溶液；調製出來的糖水溶液，在1atm下的沸點是100.34℃。計算葡萄醣的莫耳量，葡萄醣在溶液中是獨立的分子。

12. 【解題】利用方程式ΔT＝Kb msolute

水溶解於葡萄醣後，造成沸點上升的幅度為：

ΔT＝100.34℃－100.00℃＝0.34℃

水的沸點升高常數Kb＝0.51℃kg/mol

重新排列沸點上升方程式，得到溶質的重量莫耳濃度：

msolute＝ΔT/Kb＝(0.34℃)/( 0.51℃kg/mol)＝0.67mol/kg

製備此溶液使用150g/0.1500kg的水。利用重量莫耳濃度的定義，我們可找出溶液中葡萄醣的莫耳量：

msolute＝0.67mol/kg＝mol solute/kg solvent＝nglouse/0.1500kg

nglucose＝(0.67mol/kg)( 0.1500kg)＝0.10mol

溶液中有0.10mol的葡萄醣，這些葡萄醣重18.00g；因此，1mol的葡萄醣重180g（10×18.00g），葡萄醣的莫耳量是180g/mol。

n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Tarleton.edu、textbook.s-anand.net、wps.pearsoncustom.com