비등점 표고
Boiling-point elevation비등점 상승은 다른 화합물을 첨가했을 때 액체(용제)의 비등점이 높아지는 현상을 설명하는데, 이는 용액이 순수 용제보다 비등점이 높다는 것을 의미한다. 소금과 같은 비휘발성 용액이 물과 같은 순수 용제에 첨가될 때마다 이런 현상이 일어난다. 비등점은 전구경을 사용하여 정확하게 측정할 수 있다.
설명
비등점 고도는 대조적 성질로서 용해된 입자의 존재와 그 수에 따라 달라지지만 그 정체성은 달라지지 않는다는 뜻이다. 용액이 있는 곳에서 용제가 희석되는 효과다. 그것은 이상적인 솔루션에서도 모든 용액에 대해 일어나는 현상이며, 특정한 용액-용액 상호작용에 의존하지 않는다. 끓는점 고도는 용액이 다양한 소금과 같은 전해질일 때와 무전극일 때 모두 발생한다. 열역학적으로 볼 때 비등점 고도의 기원은 등방성이며 용제의 증기압력이나 화학적 전위성으로 설명할 수 있다. 두 경우 모두 많은 용액이 액체 단계에서만 존재하며 가스 단계(매우 높은 온도 제외)에 들어가지 않는다는 사실에 따라 설명이 달라진다.
수증기 압력 용어로 액체는 수증기 압력이 주변 압력과 같을 때 온도에서 끓는다. 용제의 경우 용액의 존재는 희석되어 증기압을 감소시킨다. 비휘발성 용액은 증기압력이 0이므로 용액의 증기압력은 용제의 증기압력보다 적다. 따라서 증기압이 주변 압력에 도달하기 위해서는 더 높은 온도가 필요하며, 비등점은 상승한다.
화학적 전위 용어를 넣어 끓는점에서 액체 위상과 기체(또는 증기) 위상은 화학적 전위(또는 증기 압력)가 같으며 이는 에너지적으로 동등하다는 것을 의미한다. 화학적 전위는 온도에 따라 달라지며, 다른 온도에서는 액체나 기체 위상이 화학적 전위가 낮고 다른 위상에 비해 에너지적으로 유리하다. 이는 비휘발성 용제가 첨가되었을 때 희석되어 액체 단계에서 용제의 화학적 전위는 감소하지만 가스 단계에서 용제의 화학적 전위는 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 액체와 기체 단계의 평형이 순수한 액체가 아닌 용액을 위해 다른 온도에서 설정됨, 즉 끓는점이 상승됨을 의미한다.[1]
동결점 우울증은 비등점 상승과 유사하다. 그러나 동결점 우울증의 크기는 용액의 동일한 용액과 동일한 농도의 끓는점 고도보다 크다. 이 두 가지 현상 때문에 용매의 액체 범위는 용매의 존재로 증가한다.
희석농도 계산식
비등점 상승의 정도는 용광로의 비탄력성 가정과 함께 클로스우스-클레이프론 관계와 라울트의 법칙을 적용하여 계산할 수 있다. 그 결과 희석된 이상용액에서 비등점 고도 정도는 다음 식에 따라 용액의 어금농도(질량당 물질의 양)에 정비례한다.[1]
- ΔTb = Kb · bB
여기서b (solution) 비등점 표고는 T - T로b (pure solvent) 정의된다.
- 용제의 성질에 따라 달라지는 전구경 상수 Kb. Kb = RTMb2/ΔH로v 계산할 수 있으며, 여기서 R은 기체 상수, T는b 순수 용매의 비등온도[K], M은 용매의 어금질량, ΔH는v 용매 몰당 기화열이다.
- b는B 용액의 어금니로, 비등점 표고는 용액의 입자 수에 따라 달라지기 때문에 분리를 고려하여 계산한다. 이것은 밴 'tsolute 호프 팩토리'를 bB = b · i로 사용함으로써 가장 쉽게 이루어진다. 인자 i는 용액에서 화합물에 의해 형성된 개별 입자(일반적으로 이온)의 수를 설명한다. 예:
비정수 i 인자는 용액의 이온 쌍에서 발생하며, 이는 용액의 유효 입자 수를 감소시킨다.
밴 't Hoff 인자 포함 후 방정식
- ΔTb = Kb · bsolute · i
고농도에서 위의 공식은 용액의 비이상성으로 인해 정확도가 떨어진다. 용액도 휘발성이 있는 경우, 휘발성 용매에서 비휘발성 용액의 용액에 대해 도출되었기 때문에 공식 도출에 사용되는 주요 가정 중 하나는 사실이 아니다. 휘발성 용액의 경우 휘발성 화합물의 혼합에 대해 말하는 것이 더 적절하며, 용액이 비등점에 미치는 영향은 혼합물의 위상 도표에서 결정해야 한다. 이러한 경우 혼합물은 때때로 순수한 성분 중 하나보다 낮은 끓는점을 가질 수 있다; 최소 끓는점을 가진 혼합물은 아제오트로프의 일종이다.
전구경 상수
선택한 용제에 대한 전구경 상수 K 값b:[2]
| 화합물 | 비등점(°C) | [(°C·kg)/mol] 또는 [°C/molal] 단위의 Ebullioscopic 상수b K |
|---|---|---|
| 아세트산 | 118.1 | 3.07 |
| 벤젠 | 80.1 | 2.53 |
| 이황화탄소 | 46.2 | 2.37 |
| 사염화탄소 | 76.8 | 4.95 |
| 나프탈렌 | 217.9 | 5.8 |
| 페놀 | 181.75 | 3.04 |
| 물 | 100 | 0.512 |
사용하다
위의 공식과 함께 비등점 표고는 원칙적으로 용액의 분리 정도나 어금니 질량을 측정하는 데 사용될 수 있다. 이런 종류의 측정은 전구경(라틴어-그리스어 "부글부글 부글부글 보기")이라고 불린다. 그러나 과열은 피하기 어렵기 때문에 정확한 ΔTb 측정은 수행하기가 어려운데,[1] 이는 벡만 온도계의 발명에 의해 부분적으로 극복되었다. 나아가 결빙점 우울증을 결정하는 극저온 상수는 전구경 상수보다 크며, 결빙점을 정밀하게 측정하기 쉬운 경우가 많기 때문에 극저온을 사용하는 것이 일반적이다.
참고 항목
참조
- ^ a b c P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4th Ed, Oxford University Press, 1994, ISBN0-19-269042-6, 페이지 222-225
- ^ P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4번째 Ed, P. C17 (표 7.2)
