A forráspont-emelkedés törvénye megfogalmazza, hogy az oldatnak a forráspontja mindig nagyobb, mint a tiszta oldószer forráspontja. A forráspont-emelkedés egyike az ún. kolligatív sajátságoknak, amelyek közös jellemzője, hogy a sajátság számszerű értéke független feloldott anyag minőségtől, azt és az oldószer minősége és a feloldott anyag koncentrációja határozza meg.
Gyakorlati szempontból fontosak azok a folyékony elegyek, amelyekben az egyik komponens viszonylag nagy mennyiségben van jelen a másikhoz képest. Ezeket oldatoknak nevezzük és illékony oldószerből és nem illékony oldott anyag/ok/ból állnak. Oldószerként leggyakrabban a víz szerepel, de bármilyen tiszta anyag például szerves oldószer stb. szerepelhet oldószerként. Szokásos jelölés szerint A jelenti az oldószert B pedig az oldott anyagot. A továbbiakban kétkomponensű rendszerekről lesz szó, de a jelenség a több oldott komponenst tartalmazó rendszerek esetén is fellép.
A híg oldat Az oldódás során az oldódó részecskék oldószer-molekulákat kötnek meg maguk körül. A híg oldatok jellemzője, hogy az oldott részecskék (molekulák, ionok) – a közöttük lévő viszonylag nagy távolság miatt – gyakorlatilag nincsenek kölcsönhatásban és bőven marad szabad oldószer-molekula, amely nem tartozik a szolvatációs (vizes rendszerekben hidratációs) burokhoz. Ezért a híg oldatokban az oldószer viselkedése mindig ideális. Ennek következtében a sajátságai – intenzív fizikai mennyiségei – a tiszta állapotbeli értékből a móltörttel egyenesen arányosan számíthatók.
A forráspont-emelkedés
bélyegkép|jobbra|300px|Kétkomponensű rendszer fázisdiagramja. Az oldat forráspontja mindig nagyobb, mint a tiszta oldószer forráspontja. ΔbT – forráspont-emelkedés
Ideális elegyekben az elegy egyensúlyi gőztenziója a komponensek móltörtjeinek és a tiszta komponensek egyensúlyi gőztenzióinak szorzatösszege. Amennyiben az egyik komponens gőztenziója nulla, akkor az adott komponens móltörtje arányában csökken az oldat egyensúlyi gőztenziója. A tenziócsökkenés vezet a forráspont-emelkedéshez, ahogy azt a mellékelt ábrán lehet követni. Az oldat forráspontja a tenzió csökkenés miatt nagyobb, mint a tiszta oldószeré: a két hőmérséklet közötti különbség a forráspont-emelkedés (ΔbT).
A forráspont-emelkedés kiszámításához a tiszta folyadékok gőznyomásának hőmérséklet-függését leíró Clausius–Clapeyron-egyenletből indulunk ki, feltételezve, hogy a híg oldat párolgáshője – párolgási entalpia-változása – gyakorlatilag megegyezik a tiszta oldószer párolgáshőjével:
Véges változásokra:
illetve átrendezve:
kifejezést kapjuk.
Az egyenletekben az egyes fizikai mennyiségek jelentése és mértékegysége:
pA* a tiszta oldószer gőznyomása, Pa ΔvHA az oldószer párolgáshője, J/mol R az egyetemes gázállandó, J/mol·K Tb az oldószer forráspontja, K Δp gőznyomáscsökkenés a forrásponton, Pa ΔT forráspont-emelkedés, K
Ha ezt behelyettesítjük a relatív gőznyomáscsökkenésre vonatkozó
Raoult-törvénybe, és kifejezzük a forráspont-emelkedést, az alábbi kifejezést kapjuk:
A kifejezésekben nA az oldószer anyagmennyisége, mol nB az oldott anyag anyagmennyisége, mol MA az oldószer moláris tömege, g/mol MB az oldott anyag moláris tömege, g/mol a a kísérlethez használt oldószer tömege, g b a kísérlethez használt oldott anyag tömege, g
Ha bevezetjük a fajlagos párolgáshő fogalmát ΔvhA = ΔvH/MA, valamint a Raoult-koncentrációt (mB), vagyis a molalitást, akkor az oldat forráspont-emelkedése:
A kifejezésben a
csak konstansokat és az oldószer anyagi állandókat tartalmaz. Ezt az értéket molális forráspont-emelkedésnek (más néven ebullioszkópos állandónak) nevezzük.
Az összefüggésekben: ΔvT a forráspont-emelkedés, K
ΔvHA az oldószer párolgáshője, J/mol ΔvhA az oldószer fajlagos párolgáshője, J/g mB az oldott anyag molalitása, mol/kg ΔvTb a molális forráspont-emelkedés, K·kg/mol
Néhány anyag molális forráspont-emelkedése
Oldószer Forráspont, °C Molális forráspont-emelkedés (K·kg)/mol Víz 100 0,51 Fenol 181,7 3,04 Ecetsav 118,1 3,07 Benzol 80,2 2,53 Szén-diszulfid 46,2 2,37 Szén-tetraklorid 76,5 4,95 Naftalin 218 5,8 Dietil-éter 35,4 2,1 Ón(IV)-klorid 114,1 9,45
A forráspont-emelkedés gyakorlati jelentősége
Főleg régebben fontos kísérleti módszer volt a forráspont-emelkedés mérése ismeretlen anyagok moláris tömegének a meghatározására. A mérést ebullioszkópban végzik, a forráspont-emelkedést pedig nagy leolvasási pontosságú ún. Beckmann-hőmérő segítségével észlelik.
Kapcsolódó szócikkek
Kolligatív sajátság Raoult-koncentráció Molalitás
Kategória:Kémiai tulajdonságok Kategória:Fizikai kémia
de:Siedepunkt#Siedepunkterhöhung