12.10: 凝固点降低和沸点升高

沸点升高

液体的沸点是其蒸汽压等于环境大气压力的温度。 由于存在非挥发性溶质，溶液的蒸汽压会降低，因此解决方案的沸点会随之增加。 蒸汽压随温度升高而升高，因此溶液需要比纯溶剂更高的温度才能实现任何给定的蒸汽压，包括与周围环境相同的。 当非易失性溶质溶解在溶剂 ΔTb 中时，观察到的沸点增加称为沸点升高，与溶质物种的摩尔浓度成正比：

其中 K_B 是沸点升高常数，或 沸点升高常数（Ebullioscopic constant） 和 m 是所有溶质物种的摩尔浓度 (质量摩尔浓度)。 沸点升高常量是取决于溶剂标识的特征性质。

凝固点降低

溶液在低于纯液体的温度下冷冻。 这种现象在使用盐，氯化钙或尿素在道路和人行道上融化冰的“除冰”方案中以及在汽车散热器中使用乙二醇作为“防冻剂”中被利用。 海水在低于淡水的温度下结冰，因此北极和南极海洋即使在低于 0 °C 的温度下也保持解冻状态 (生活在这些海洋中的鱼类和其它冷水动物的体液也是如此)。

与纯溶剂 (ΔT_f) 相比，稀释溶液的凝固点减少，称为凝固点降低，与溶质的摩尔浓度直接成正比

其中 m 是溶质的摩尔浓度， K_f 称为凝固点降低常数 (或 凝固点降低常数（Cryoscopic constant）)。 就像沸点升高常量一样，这些常量是特征性质，其值取决于溶剂的化学特性。

摩尔质量的确定

渗透压和凝固点，沸点和蒸汽压中的变化与给定溶液数量中存在的溶质物种数量成正比。 因此，为使用已知溶质质量的溶液测量其中一个性质可以确定溶解物的摩尔质量。

例如，在 55.0 克苯中溶解的 4.00 克非电解质溶液在 2.32 °C 时被冻结 假设理想溶液行为，该化合物的摩尔质量是什么？

为了解决这个问题，首先，计算出凝固点与观察到的凝固点和纯苯凝固点的变化：

然后，由K_f苯的凝固点降低常数和 ΔT_f确定摩尔浓度：

接下来，溶液中化合物的摩尔数是从用于制造溶液的摩尔浓度和溶剂质量中找到的。

最后，确定溶质质量的摩尔质量和该质量中的模块数量。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 11.4 节：依数性。

液体的蒸气压 等于大气压时的温度称为其沸点。由于添加非挥发性溶质 会降低溶剂的蒸气压，因此溶液需要更高的温度 才能将其蒸气压增加到 等于大气压的程度。因此，溶液的沸点 大于纯溶剂的沸点。可以利用相图 在一定温度和压力范围内 检查这些蒸发变化。在任何温度下，溶液的蒸气压 都比纯溶剂低。因此，溶液的蒸发曲线将 低于溶剂的蒸发曲线。在 1 atm 下，曲线对应的温度 高于纯溶剂的沸点。与纯溶剂相比，溶液沸点的增加 称为沸点升高。溶液的沸点是一种依数性质。温度升高量或 ΔTb 与溶质的浓度成正比，可以 通过将溶质的重量摩尔浓度 与重量摩尔沸点升高常数相乘来计算得出。沸点升高常数的单位为 C/m，每种溶剂的 沸点升高常数不同。对于水，常数为 0.512 C/m。因此，2.00 m 的水溶液 的沸点将升高 1.02°C，即沸点为 101.02°C。与纯溶剂相比，添加非挥发性溶质 还会降低溶液的 凝固点。在三相点处，固态、液态和气态的 蒸气压相等。因为非挥发性溶质降低了溶液的蒸气压，所以从三相点向上延伸的 整个凝固曲线移动，从而溶液在较低的温度下凝固。与纯溶剂相比，溶液的凝固点温度会减小，这称为凝固点降低。和沸点一样，溶液的凝固点 也是一个依数性质。温度降低量或 ΔTf 与溶质的浓度成正比，可以通过将 溶质的重量摩尔浓度 与重量摩尔凝固点降低常数相乘来计算得出。凝固点降低常数 也取决于溶剂，单位为 C/m。对于水，凝固点降低常数为 1.86 C/m。因此，0.5 m 的水溶液 的凝固点将降低 0.93 C，即凝固点为 0.93 C。