A forráspont-emelkedés törvénye forrásának megtekintése

A '''forráspont-emelkedés törvénye''' megfogalmazza, hogy az [[oldat]]nak a [[forráspont]]ja mindig nagyobb, mint a tiszta oldószer forráspontja. A forráspont-emelkedés egyike az ún. [[kolligatív sajátság]]oknak, amelyek közös jellemzője, hogy a sajátság számszerű értéke független feloldott anyag minőségtől, azt [[koncentráció|és az oldószer]] minősége és a feloldott anyag  [[koncentráció]]ja határozza meg.
Gyakorlati szempontból fontosak azok a folyékony [[Oldat|elegyek]], amelyekben az egyik [[Komponens (kémia)|komponens]] viszonylag nagy mennyiségben van jelen a másikhoz képest. Ezeket [[oldat]]oknak 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 [[Komponens (kémia)|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''' [[Oldat|'''oldatok''']] jellemzője, hogy az oldott részecskék ([[Molekula|molekulák]], [[ion]]ok) – a közöttük lévő viszonylag nagy távolság miatt – gyakorlatilag nincsenek kölcsönhatásban és bőven marad szabad oldószer-molekula, amely nem tartozik a [[szolvatáció]]s (vizes rendszerekben [[hidratáció]]s) burokhoz. Ezért a híg oldatokban az oldószer viselkedése mindig ideális. Ennek következtében a sajátságai – [[Intenzív mennyiség|intenzív fizikai mennyiségei]] – a tiszta állapotbeli értékből a [[Koncentráció|móltörttel]] egyenesen arányosan számíthatók.
==A forráspont-emelkedés==
[[Fájl:Víz és oldat fázisdiagramja.jpg|bélyegkép|jobbra|300px|Kétkomponensű rendszer fázisdiagramja. Az oldat forráspontja mindig nagyobb, mint a tiszta oldószer forráspontja. Δ<sub>b</sub>''T'' – forráspont-emelkedés]]
[[Ideális elegy]]ekben 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 (Δ<sub>b</sub>''T'').
A forráspont-emelkedés kiszámításához a tiszta folyadékok [[gőznyomás]]ának hőmérséklet-függését leíró [[Clausius–Clapeyron-egyenlet]]ből indulunk ki, feltételezve, hogy a híg oldat [[párolgáshő]]je – párolgási [[Entalpia|entalpia-változása]] – gyakorlatilag megegyezik a tiszta oldószer párolgáshőjével:
:<math>\frac{1}{p_\mathrm A^*} \frac{\mathrm d p_\mathrm A}{\mathrm dT} = \frac{\Delta_\mathrm vH_\mathrm A}{R T^2}</math>
Véges változásokra:
:<math>\frac{1}{p_\mathrm A^*} \frac{\Delta p_\mathrm A}{\Delta T} = \frac{\Delta _\mathrm vH_\mathrm A}{R T^2}</math>
illetve átrendezve:
:<math>\frac{p_\mathrm A^*}{\Delta p_\mathrm A} = \frac{R T_\mathrm m^2}{\Delta _\mathrm vH_\mathrm A \Delta T}</math>
kifejezést kapjuk.
Az egyenletekben az egyes fizikai mennyiségek jelentése és mértékegysége:
:''p''<sub>A</sub><sup>*</sup> a tiszta oldószer gőznyomása, Pa
:Δ<sub>v</sub>''H''<sub>A</sub> az oldószer [[párolgáshő]]je, J/mol
:'''''R''''' az egyetemes gázállandó, J/mol·K
:''T''<sub>b</sub> az oldószer [[forráspont]]ja, K
:Δ''p'' [[Gőznyomáscsökkenés törvény|gőznyomáscsökkenés]] a forrásponton, Pa
:Δ''T'' forráspont-emelkedés, K
Ha ezt behelyettesítjük a relatív [[Gőznyomáscsökkenés törvény|gőznyomáscsökkenésre]] vonatkozó
:<math>\frac{\Delta p}{p_\mathrm A^*} \cong \frac{n_\mathrm B}{n_\mathrm A} = \frac{M_\mathrm A m_\mathrm B}{ M_\mathrm B m_\mathrm A} \, </math>
[[Raoult-törvény]]be, és kifejezzük a forráspont-emelkedést, az alábbi kifejezést kapjuk:
:<math>\Delta_\mathrm vT = \frac{bM_\mathrm A}{a} \frac{RT_\mathrm b^2}{\Delta_\mathrm vH_\mathrm AM_\mathrm B} \ . </math>
A kifejezésekben
:''n''<sub>A</sub> az oldószer [[anyagmennyiség]]e, mol
:''n''<sub>B</sub> az oldott anyag anyagmennyisége, mol
:''M''<sub>A</sub> az oldószer [[moláris tömeg]]e, g/mol
:''M''<sub>B</sub> az oldott anyag moláris tömege, g/mol
:''a'' a kísérlethez használt oldószer [[tömeg]]e, g
:''b'' a kísérlethez használt oldott anyag tömege, g
Ha bevezetjük a fajlagos párolgáshő fogalmát Δ<sub>v</sub>''h''<sub>A</sub> = Δ<sub>v</sub>''H''/''M''<sub>A</sub>, valamint a [[Koncentráció|Raoult-koncentrációt]] (''m''<sub>B</sub>), vagyis a [[Koncentráció|molalitást]], akkor az oldat forráspont-emelkedése:
:<math>\Delta_\mathrm v T = \frac {b}{aM_\mathrm B} \frac{RT_\mathrm b^2}{\Delta_\mathrm v h_\mathrm A} = \frac{RT_\mathrm b^2}{1 000 \Delta_\mathrm v h_\mathrm A} m_\mathrm B \ . </math>
A kifejezésben a
:<math>\frac{RT_\mathrm b^2}{1 000 \Delta_\mathrm v h_\mathrm A} = \Delta_\mathrm v T_\mathrm b </math>
csak konstansokat és az oldószer anyagi állandókat tartalmaz. Ezt az értéket '''molális forráspont-emelkedésnek''' (más néven ebullioszkópos állandónak) nevezzük.
Az összefüggésekben:
:Δ<sub>v</sub>''T'' a forráspont-emelkedés, K
:Δ<sub>v</sub>''H''<sub>A</sub> az oldószer [[párolgáshő]]je, J/mol
:Δ<sub>v</sub>''h''<sub>A</sub> az oldószer fajlagos párolgáshője, J/g
:''m''<sub>B</sub> az oldott anyag [[Koncentráció|molalitása]], mol/kg
:Δ<sub>v</sub>''T''<sub>b</sub> a molális forráspont-emelkedés, K·kg/mol
==Néhány anyag molális forráspont-emelkedése==
{| {{széptáblázat}}
|-
! Oldószer !! Forráspont, °C !! Molális forráspont-emelkedés <br>(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 (kémia)|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 tömeg]]ének a meghatározására. A mérést [[ebullioszkóp]]ban végzik, a forráspont-emelkedést pedig nagy leolvasási pontosságú ún. [[Beckmann-hőmérő]] segítségével észlelik.
==Kapcsolódó szócikkek==
:[[Kolligatív sajátság]]
:[[Koncentráció|Raoult-koncentráció]]
:[[Koncentráció|Molalitás]]
{{Kolligativsajatsag}}
{{DEFAULTSORT:Forráspontemelkedéstörvénye}}
[[Kategória:Kémiai tulajdonságok]]
[[Kategória:Fizikai kémia]]
[[de:Siedepunkt#Siedepunkterhöhung]]