拉烏爾定律計算器(沸點升高與凝固點降低)
根據溶質的質量摩爾濃度和範特霍夫因子,利用拉烏爾定律計算溶液的沸點升高和凝固點降低。支援水、苯等6種溶劑常數(Kb・Kf),並可考慮電解質的電離效應。
常見溶劑的摩爾沸點升高常數與摩爾凝固點降低常數
教科書中廣泛引用的標準參考值,可用於核對手工計算的結果。
| 溶劑 | Kb (°C·kg/mol) | Kf (°C·kg/mol) | 標準沸點(°C) | 標準凝固點(°C) |
|---|---|---|---|---|
| 水 | 0.512 | 1.86 | 100.0 | 0.0 |
| 苯(Benzene) | 2.53 | 5.12 | 80.1 | 5.5 |
| 乙酸(Acetic acid) | 3.07 | 3.9 | 118.1 | 16.6 |
| 環己烷(Cyclohexane) | 2.79 | 20.2 | 80.7 | 6.5 |
| 萘(Naphthalene) | 5.8 | 6.9 | 218.0 | 80.2 |
| 樟腦(Camphor) | 5.95 | 37.7 | 204.0 | 178.4 |
使用提示
- NaCl、CaCl2等電解質在水中會電離為多個離子,將範特霍夫因子i設為大於1的值可使計算結果更接近實測值。
- 在“由質量計算”模式下,只需輸入溶質質量[g]、摩爾質量[g/mol]和溶劑質量[kg],即可自動計算質量摩爾濃度。
- 沸點升高和凝固點降低都屬於依數性,只取決於溶質粒子的數量,而與溶質本身的種類無關。
- 對相同的溶質用量而言,許多溶劑的凝固點降低幅度大於沸點升高幅度,這也是道路除冰劑常用氯化鈣的原因之一。
- 使用i的預設按鈕(非電解質・NaCl相當・CaCl2相當)可快速體驗典型的電離模式。
常見問題
範特霍夫因子(i)表示溶質在溶液中分解為多少個粒子(離子或分子)。蔗糖等非電解質不發生電離,始終是1個粒子,因此i=1;NaCl完全電離為Na+和Cl-兩個離子,因此i≈2;CaCl2電離為1個Ca2+和2個Cl-共3個離子,因此i≈3。
沸點升高和凝固點降低都是與溶質粒子數成正比的依數性。食鹽(NaCl)在水中電離為Na+和Cl-兩個離子,因此在相同摩爾濃度下產生的效果約為非電解質的兩倍(i≈2),使沸點升得更高、凝固點降得更低。這正是道路結冰時撒鹽的原理。
Kb和Kf都是各溶劑固有的常數,表示當溶解質量摩爾濃度為1mol/kg的非電解質時,沸點或凝固點分別會變化多少攝氏度。由於取決於溶劑的分子量及其凝固、沸騰的難易程度,水和苯的數值差異很大。
質量摩爾濃度是“每千克溶劑中溶質的物質的量[mol]”,不隨溫度變化。摩爾濃度則是“每升溶液中溶質的物質的量[mol]”,會受到溫度變化引起的溶液體積變化的影響。由於沸點升高、凝固點降低本身涉及溫度變化,因此使用不受溫度影響的質量摩爾濃度才是正確的選擇。
本工具收錄了6種常見溶劑(水、苯、乙酸、環己烷、萘、樟腦)的Kb・Kf值。對於其他溶劑,建議查閱《化學手冊》或CRC Handbook of Chemistry and Physics等專業參考書。
閒話 ― 除冰劑與依數性的化學原理
冬季撒在道路上的白色顆粒,通常是氯化鈣(CaCl2)或氯化鈉(NaCl)。這些物質之所以能融化冰雪,並不是因為它們能發熱,而是因為溶解在水中後會降低水本身的凝固點。這種現象被稱為凝固點降低,是由拉烏爾定律推匯出的依數性(colligative properties)的典型例子。
“依數性”這個詞的含義是“結果只取決於粒子的數量”。在相同質量摩爾濃度下,CaCl2在水中電離為1個Ca2+和2個Cl-,共3個粒子,因此其凝固點降低效果約為蔗糖等不電離的非電解質的3倍。這也是為什麼少量的CaCl2有時比NaCl具有更強的除冰效果(不過還需考慮其對混凝土的腐蝕性等其他因素)。
同樣的原理反過來也適用於沸點升高。煮義大利麵時加鹽確實會略微提高水的沸點,但家庭用量下升高幅度遠不到1℃,實際上幾乎沒有“加快沸騰”的效果。加鹽的主要目的其實是給麵條調味,沸點升高只不過是一個次要的化學副作用而已。