Эбулиоскопия

Эбулиоскопи́я (от лат. ebullio — вскипаю и др.-греч. σκοπέω — смотрю) — метод исследования растворов^[1], основанный на измерении повышения их температуры кипения по сравнению с чистым растворителем. Используется для определения молекулярной массы растворённого вещества, активности растворителя, степени диссоциации (или изотонического коэффициента).

Температура кипения жидкости — такая температура, при которой давление пара над жидкостью равно внешнему давлению. В то же время давление пара над раствором нелетучего вещества практически полностью определяется давлением пара растворителя и, в соответствии с законом Рауля, может быть выражено уравнением:

${\displaystyle p_{1}=p_{1}^{0}\cdot x_{1}}$

где ${\displaystyle x_{1}}$ — мольная доля растворителя.

Видно, что при повышении концентрации растворённого вещества давление пара над раствором будет снижаться, а следовательно, при неизменном внешнем давлении, будет расти температура кипения.

С учётом уравнения Клапейрона — Клаузиуса можно показать^[2], что изменение температуры кипения раствора (${\displaystyle \Delta T_{boil}}$) может быть рассчитано по формуле:

${\displaystyle \Delta T_{boil}=\left[{\frac {R\cdot (T_{boil}^{0})^{2}M_{1}}{\Delta H_{boil}}}\right]\cdot Cm}$

где ${\displaystyle \Delta H_{boil}}$ — энтальпия испарения;

${\displaystyle M_{1}}$ — молярная масса растворителя;

${\displaystyle Cm}$ — моляльная концентрация растворённого вещества;

${\displaystyle T_{boil}^{0}}$- нормальная температура кипения чистого растворителя (то есть при давлении 1 бар).

Дробь в квадратных скобках в этом выражении зависит только от свойств растворителя — это так называемая эбулиоскопическая константа растворителя ${\displaystyle \varepsilon }$ или Кэ, имеющая размерность [К кг/ моль]. Она равна повышению температуры кипения одномоляльного раствора.

Если известны изменение температуры кипения и концентрация раствора, можно определить молярную массу растворённого вещества:

${\displaystyle M_{2}=\varepsilon \cdot {\frac {a}{\Delta T_{boil}}}}$

где a — число грамм растворённого вещества на 1000 г растворителя. Этот метод применим для разбавленных растворов нелетучих веществ и неэлектролитов.

Эбулиоскопический метод позволяет судить о состоянии вещества в растворах электролитов, так как для последних:

${\displaystyle \Delta T_{boil}=\varepsilon \cdot i\cdot n_{2}}$;

где i — изотонический коэффициент.

С помощью эбулиоскопии можно определить и активность растворителя, в соответствии с формулой^[3]:

${\displaystyle \ln a_{1}=-{\frac {\Delta H_{boil}}{RT_{boil}^{0}T_{boil}}}\Delta T_{boil}}$