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純粋な物質の沸点と凝固点はよく知られており、簡単に調べることができます。たとえば、ほとんどの人は、水の凝固点が摂氏0度であり、水の沸点が摂氏100度であることを知っています。物質が液体に溶解すると、凝固点と沸点が変化します。凝固点は低くなり、沸点は高くなります。塩を水に溶かすと、水の凝固点と沸点にこれらの影響があります。溶液の新しい沸点と凝固点の計算は比較的簡単です。
凝固点の変化を計算する
新しい凝固点を計算する対象の液体(溶媒)の凝固点を調べます。化学物質の凝固点は、それに付随する製品安全データシートで確認できます。たとえば、水の摂氏0度の凝固点があります。
溶解した物質(溶質)を溶媒に追加した後に作成される溶液のモル濃度を計算します。たとえば、0.5モルの塩を1リットル(L)の水に溶かすことによって作成されたソリューションを考えてみましょう。 1リットルの水には1キログラム(kg)の質量があるため、
モル濃度=溶質のモル数/溶媒の質量= 0.5 / 1 = 0.5 m
溶存グラムのモル数は、溶解したグラム数をその分子量で割ることで取得できます(「参考文献」を参照)。
使用している溶媒の凝固点降下定数(K)を調べます。凝固点降下定数は、液体溶質濃度の変化が凝固点に影響する程度を示す実験的に決定された数値です。水の凝固点降下定数は1.86です。
値を次の式に代入して、ソリューションの新しい凝固点を計算します。
凝固点=古い凝固点-K xモル濃度
水の例は次のようになります。
凝固点= 0-1.86 x 0.5 = -0.93摂氏
沸点の変化を計算する
新しい沸点を計算している溶媒の沸点を調べます。液体の沸点は、それに付随する製品安全データシートで確認できます。たとえば、水の沸点は摂氏100度です。
溶質を溶媒に追加した後に作成される溶液のモル濃度を計算します。たとえば、0.5モルの塩を1リットル(L)の水に溶かすことによって作成されたソリューションを考えてみましょう。 1リットルの水には1キログラム(kg)の質量があるため、
モル濃度=溶質のモル数/溶媒の質量= 0.5 / 1 = 0.5 m
使用している溶媒の沸点上昇定数(K)を調べます。沸点上昇定数は、液体溶質濃度の変化がその沸点に影響する程度を示す実験的に決定された数値です。水の沸点上昇定数は0.512です。
値を次の式に代入して、ソリューションの新しい沸点を計算します。
沸点=古い沸点+ K xモル濃度
水の例は次のようになります。
沸点= 100 + 0.512 x 0.5 = 100.256摂氏