При какой температуре кипит вода в горах

◈Лидия Черных◈ | Автор топика: ◈Лидия

ИССЛЕДОВАТЕЛИ ЗАМОРОЗИЛИ ВОДУ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЕНИЯ
Многие помнят из школьных уроков химии, что вода на уровне моря замерзает при нуле градусов Цельсия, а закипает при ста градусах. Также многие помнят, что практически в каждом правиле есть исключения. Такое исключение обнаружили исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), выяснив, что вода, заключённая внутри крошечных полостей углеродных нанотрубок, ведёт себя необычным образом. Она может полностью замёрзнуть при температурах, превышающих температуру кипения, то есть выше 100 градусов по Цельсию.Такое открытие можно будет применить при создании протонопроводящих "ледяных проводов", считают специалисты. Выше мы уточнили, что отметки ноль и сто градусов верны для уровня моря, но в горах, например, ситуация изменяется. Всё потому, что одна лишь температура не является единственным фактором, определяющим то, когда вода (и любое другое вещество) начнёт преобразовываться из твёрдого состояния в жидкое и газообразное. Давление также играет большую роль, а на высоте давление атмосферы ниже, в итоге вода в горах кипит при более низких температурах. Также известно, что вода ведёт себя достаточно странно, когда она заключена в тесном пространстве. Так, учёные из Национальной лаборатории Оук-Ридж в США ранее обнаружили, что вода имеет необычное состояние, когда она находится под сильным давлением в крошечных пространствах. Оказалось, молекулы воды в шестиугольных сверхмалых каналах в минерале берилл демонстрируют квантовый эффект туннелирования. Такое состояние воды никогда ранее не наблюдалось учёными и не соответствовало каким-либо типичным состояниям этого вещества. Кстати, исследования 1990-х годов также показали, что вода может непроизвольно испаряться, когда она плотно окружена гидрофобными материалами. Такое явление учёные наблюдали, когда случайно создали наностержень, который собирал воду из воздуха. "Если вы заключили жидкость в нанополости, то вы сможете фактически изменить её фазовое поведение. И получившийся эффект будет намного большим, чем ожидалось", — говорит ведущий автор исследования Майкл Страно (Michael Strano). Исследователи, конечно, ожидали увидеть изменения в температуре, при которой вода кипит и замерзает, но результаты их по-настоящему удивили – температура замерзания повышалась, а не понижалась. В одном эксперименте вода затвердевала в нанотрубке при температурах между 105 и 151 градусом Цельсия. Отчасти результаты исследования застали учёных врасплох по той причине, что ранее моделирование показало, что результат будет совсем другим. Возможно, неверные выводы получились из-за неточных измерений, которые достаточно трудно провести при таких крошечных масштабах, с которыми работали специалисты. В итоге учёные обнаружили, что изменение диаметра нанотрубки всего на 0, 01 нанометра может изменить точку замерзания воды на несколько десятков градусов. Исследователи MIT помещали воду в нанотрубку через оба конца, которые оставались открытыми. При этом, как именно вода попадала внутрь, до сих пор остаётся загадкой, учитывая тот факт, что обычно нанотрубки отталкивают воду.
С помощью колебательной спектроскопии учёные смогли отслеживать не только движение воды в нанотрубке, но и её фазовое состояние – вёрдое, жидкое или газообраное. И хотя вода безусловно переходила в твёрдую фазу, исследователи не хотят называть это состояние словом "лёд", поскольку этот термин подразумевает определённого рода кристаллическую структуру (и, раз уж на то пошло, разновидностей фаз льда существует более десятка). Таким образом, то, что в нанотрубках вода превращается именно в лёд, ещё только предстоит доказать. "Это необязательно именно лёд, но вещество находится в фазе подобной льду", — говорит Страно. Как бы то ни было, по мнению исследователей, раз такое странное состояние вещества остаётся стабильным при комнатной температуре, то можно разработать тип "ледяных проводов", которые проводят протоны в десять раз лучше, чем существующие материалы. Но в этом направлении предстоит ещё проделать массу работы, чтобы достичь практического результата.
Исследование о необычном состоянии воды опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

(Автор Е.Ефимова, по материалам https://www.vesti.ru )
#ОВоде

Метки: При какой температуре кипит вода в горах

584 от 11.06.2010 Кипение воды: как частички сахара могут вызвать кипение в прекратившей кипеть воде? Автор...

Коллигативные свойства растворов | Автор топика: Antonina

Для удобства пользователей и возможности быстрого нахождения решения типовых (и не очень) задач на общие свойства растворов, здесь собраны те задачи, решения© которых я записала в Nigma-химия с начала 2019 г.

© Для некоммерческого использования. При перепечатке решений обязательна ссылка на источник.

Всем успеха!

Для р-ров злектролитов (для неэлектролитов - та же формула без i ):
Росм = i ∙ См ∙ R ∙ T
Закон Рауля: (P0 - P) / P0 = i ∙ χ, где χ (или N) - мольная доля в-ва: χ= n(в-ва) / {n(в-ва) + n(р-ля)}
Kажущaяся степень диссоциации электролита: α = (i-1)/(k-1), где k - число ионов, отсюда:
i = 1 + α∙(k - 1)
tкип. раствора всегда выше, а tзам. (tкр.) - всегда ниже, чем чистого растворителя:
Δtкрист. = i ∙ Kкр. ∙ Cm, Δtкип. = i ∙ Kэб. ∙ Cm, где Сm - моляльная конц-я р-ра - к-во в-ва в 1 кг р-ля

ЭБУЛИОСКОПИЧЕСКИЕ (Kэ) И КРИОСКОПИЧЕСКИЕ (Kк) КОНСТАНТЫ:
https://app.knovel.com/web/view/itable/show.v/cid:kt00..
https://www.kayelaby.npl.co.uk/chemistry/3_10/3_10_4.h..
https://www.novedu.ru/2000/krio.htm
https://www.ximicat.com/info.php? id=2383
https://planetcalc.ru/350/
https://www.inchemistry.net/base/crio.htm
https://kurs.znate.ru/docs/index-130320.html? page=10
СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ (Tпл, Ткип, ρ, растворимость):
https://www.novedu.ru/solv1.htm
Электронная справочная таблица "Плотность водных растворов неорганических солей.":
https://techemy.com/handbook/tab0003.php
Электронная справочная таблица "Плотность водных растворов органических веществ.":
https://techemy.com/handbook/tab0004.php
Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда:
https://www.microfor.ru/supplement.pdf
https://fptl.ru/spravo4nik/davlenie-vodyanogo-para.html
Краткий справочник физико-химических величин» под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя:
https://eugene980.narod.ru/fh.htm

Подробнее о свойствах растворов неэлектролитов:
https://chitalky.ru/? p=3286

N.B. Прежде, чем задать вопрос, стоит прочесть правила группы.

проверено 10.1.2017 20:53

Bela (Mahmoud) Задача 1
Чему равно осмотрическое давление 0.5 М раствора глюкозы при 25°С?

Решение:
Росм = См ∙ R ∙ T = 0, 5 ∙ 8, 31 ∙ 298 = 1238, 19 кПа

Bela (Mahmoud) Задача 2
Найти при 65°С давление пара над раствором, содержащим 13, 68 г cахарозы С12Н22О11 в 90г воды, если давление насыщенного пара над водой при той же температуре равно 25, 0 кПа.

Решение:
n(C12H22O11) = m(C12H22O11) / M(C12H22O11) = 13, 68 / 342 = 0, 04 моль
n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 90 / 18 = 5 моль

По закону Рауля
(P0 - P) / P0 = n(C12H22O11) / { n(C12H22O11) + n(H2O) }
(25 - P) / 25 = 0, 04 / { 0, 04 + 5 }
отсюда
Р = 24, 8 кПа

Bela (Mahmoud) Задача 3
Вычислить кажущуюся степень диссоциации сульфата калия в его водном растворе концентрацией 3 %, если относительное понижение давления паров воды над раствором составляет 9, 23∙10-3 Па.

Решение:
кажущaяся степень диссоциации α = (i-1)/(k-1)
k(K2SO4) = 3 (число ионов)

ΔP/Po =i ∙ N, отсюда i= (ΔP/Po)/ N
Относительное понижение давления ΔP/Po = 9, 23∙10^-3 Па

Мольная доля растворенного в-ва:
N = n1/(n1+n2)
n=m/M
в 100 г р-ра 3 г соли и 97 г воды -
n1=n(K2SO4) = 3/174 = 0, 017 моль
n2=n(воды) = 97/18 = 5, 39 моль
N= 0, 017/(0, 017+5, 39) = 3, 14∙10^-3

i= 9, 23∙10^-3/3, 14∙0^-3 = 2, 94
α = (2, 94-1)/(3-1) = 0, 97 (97%)

Bela (Mahmoud) Задача 4
Какова концентрация хлорида алюминия в растворе, если относительное понижение давления пара над раствором 0, 16%, степень диссоциации соли 100%.

Решение:
ΔP / P0 = 0, 16% = 0, 0016 доли
α = 100% = 1
В растворе соль диссоциирует на 4 иона ⇒ k = 4
i = 1 + α ∙ (k - 1) = 1 + 1 ∙ (4 - 1) = 4

По закону Рауля, мольная доля N равна:
N = i ∙ ΔP / P0 = 4 ∙ 0, 0016 = 0, 0064

Если взять кол-во моль растворителя (воды) за 100 моль, а кол-во моль AlCl3 - за х, то
0, 0064 = х / (х + 100) ⇒ х = 0, 644

m(AlCl3) = n ∙ M = 0, 644 ∙ 133, 5 = 86 г
m(H2O) = n ∙ M = 100 + 18 = 1800 г
m(раствора) = m(AlCl3) + m(H2O) = 86 + 1800 = 1886 г
ω% = 100 ∙ m(AlCl3) / m(раствора) = 100 ∙ 86 / 1886 = 4, 56%

Bela (Mahmoud) Задача 5
Каким электролитом (сильным или слабым) является иодид натрия в этаноле, если раствор, содержащий 0.506 г NaI в 32.5г С2H5OH кипит при 77.40°C. Эбулиоскопическая постоянная равна 1.04.

Ответ:
Эбулиоскопическая постоянная Е - это повышение температуры кипения одномольного водного раствора неэлектролита: Е= Δt/Сm, где
Δt = tкип. р-ра – tкип. чистого спирта
а Сm - моляльная конц-я раствора - число моль соли в 1 кг спирта.
Поскольку повышение температуры кипения раствора изменяется пропорционально концентрации, а один моль вещества содержит одинаковое число частиц, то повышение температуры кипения раствора зависит от числа частиц растворенного вещества. Это следствие закона Рауля: повышение температуры кипения раствора пропорционально числу частиц растворенного вещества. Из этого следует, что методом эбулиоскопии можно определять степень диссоциации электролитов, указывающую на силу электролита.

В общем-то, задачка должна быть элементарной: найти Δt и Сm, посчитать Е, сравнить с данной в задаче Е и так определить степень диссоциации соли в спирте, т.е. определить, насколько кол-во частиц в реальном растворе отличается от кол-ва частиц в растворе неэлектролита - чем больше разница, тем больше распадается в-во на ионы в растворе и тем сильнее электролит. В идеале, если NaI распадается полностью, т.е. является идеальным сильным электролитом, то посчитанная Е должна быть в 2 раза больше данной (NaI распадается полностью на Na+ и I-), а если вообще не распадается, то посчитанная Е = данной (1, 04) и соль вообще не распадается на ионы (идеальный слабый электролит).

Но есть загвоздка с температурами: температура кипения раствора должна быть выше, чем чистого растворителя, а тут - наоборот: температура кипения чистого спирта tкип.=78, 37°C, а раствора - почти на градус ниже.

Расчетная моляльная конц-я раствора:
Сm= n(NaI) / m(С2H5OH, кг) = m(NaI)/ [М(NaI)∙ m(С2H5OH, кг)] = 0, 506 / (150 ∙ 0, 0325) ≈ 0, 1 моль/кг
Δt = 77, 40 - 78, 37 = -0, 97°C
Даже если не учитывать знак, то расчетная Е=Δt/Сm = 0, 97/0, 1=9, 7, чего просто не может быть!

Bela (Mahmoud) Задача 6
Осмотическое давление раствора мочевины ((NН2)2СО) при 0°С равно 6, 8⋅10^5 Па. Найдите ее массу в 1 дм3 раствора.

Решение:
Росм = 6, 8∙10 5 Па = 680 кПа, Т = 273К

Росм = См ∙ R ∙ T
См = Росм / ( R ∙ T ) = 680 / ( 8, 314 ∙ 273 ) = 0, 3 моль/л

V (р-ра)= 1 дм3 =1 л
n = См ∙ V = 0, 3 ∙ 1= 0, 3 моль
m = М ∙ n = 60 ∙ 0, 3 = 18 г

М (молярная масса) - сумма масс всех атомов, входящих в формулу вещества.
Поэтому, чтобы ее найти, нужно понимать химический язык - т.е. что в формуле написано и сколько чего там есть.
(NН2)2СО это (1N + 2H) x 2 + 1C + 1O
Тогда: М [(NН2)2СО] = [М(N) + 2М(H)] x 2 + М(C) + М(O) = (14+2)∙2 + 12 + 16 = 60 г/моль

Bela (Mahmoud) Задача 7

Решение:
t1 - t0 = Кэб ∙Cm(к-ты), отсюда моляльная конц-я к-ты:
Cm(к-ты) = (t1 - t0)/Кэб = (37, 53 - 35, 6)/ 2, 1 = 0, 92 моль/кг

Cm(к-ты) = n(к-ты) / m(эфира) = m(к-ты) / [M(к-ты) ∙ m(эфира)]
В 100 г 10 % раствора содержится 10 г бенз. к-ты и 90 г = 0, 09 кг эфира
M(к-ты) = m(к-ты) / [Cm(к-ты) ∙ m(эфира)] =
= 10 / [0, 92 ∙ 0, 09] = 120, 77 г/моль
На самом деле молярная масса бензойной кислоты выше - 122, 12 г/моль. В задаче получилось ниже (и неверно! ), т.к. почему-то дано округленное значение Кэб - 2, 1 вместо 2, 12.

Bela (Mahmoud) Задача 8

Решение:
NaCl - сильный электролит, в растворе полностью диссоциирует на ионы:
NaCl → Na+ + Cl- (количество ионов k = 2)

Определим изотонический коэффициент, если кажущаяся степень диссоциации NaCl равна
α = 70% (а = 0, 70):
i = 1 + α∙(k - 1) = 1 + 0, 70∙(2 - 1) = 1, 7

Моляльная концентрация NaCl в растворе:
Cm(NaCl) = 2 моль/кг

Понижение температуры кристаллизации:
Δt = i ∙ Kкр. ∙ Cm = 1, 7 ∙ 1, 86 ∙ 2 = 6, 32 °C

Температура кристаллизации (замерзания) раствора
tкр = tкр(H2O) - Δt = 0 - 6, 32 = - 6, 32 °C

Bela (Mahmoud) Задача 9

Решение:
Росм = См∙R∙T
См=Росм/(R∙T)=490/(8, 31∙295)=0, 2 моль/л,
т.о. 1 л раствора содержит 0, 2 моль сахара.
М = m/n = 68, 4 / 0, 2 = 342 г/моль

Bela (Mahmoud) Задача 10
Концентрация раствора глюкозы, кипящего при 100, 78°C [Е(Н2О)=0, 52 (град∙кг)/моль] равна…
А) 0, 5 моль/кг Б) 0, 3 моль/кг В) 1, 5 моль/кг Г) 1 моль/кг

Решение:
Δt = Cm∙E
Cm = Δt / E = (100, 78 – 100) /0, 52 = 1, 5 моль/кг.

Bela (Mahmoud) Задача 11
Концентрация раствора этиленгликоля (тосол), замерзающего при –37, 20С равна ____ моль/кг.
А) 40 Б) 2 В) 20 Г) 10

Решение:
Понижение темп. кристаллизации (замерзания) раствора по отн. к воде:
Δt=tкр(H2O) – tкр(тосола) = 37, 20°C

Второй закон Рауля: понижение температуры замерзания (или повышение температуры кипения) раствора неэлектролита прямо пропорционально его моляльной концентрации:

Δt = К ∙ Сm → Сm = Δt / Ккр.
где Ккр. – криоскопическая константа растворителя = воды, Сm - моляльная конц-я р-ра →

Cm (тосола)= Δt / Ккр. = 37, 20/1, 86 = 20 моль/кг

Bela (Mahmoud) Задача 12
Молярная масса неэлектролита равна 123, 11. Какая масса неэлектролита должна содержать в 1 л раствора, чтобы раствор при 20°С имел осмотическое давление, равное 4, 56 ∙ 10^5 Па?

Решение:
М= 123, 11 г/моль
V=1 л
Т=293 К
Р = 456 кПа

Росм = См ∙ R ∙ T
См = Росм / ( R ∙ T ) = 456/ ( 8, 314 ∙ 293 ) = 0, 187 моль/л

n = См ∙ V = 0, 187 ∙ 1= 0, 187 моль
m = М ∙ n = 123, 11 ∙ 0, 187 = 23, 02 г

Или можно сначала составить расчетную формулу, а в конце подставить данные:

m = n ∙ М
n = См ∙ V
Росм = См ∙ R ∙ T, См = Росм / (R ∙ T)
m = См ∙ V ∙ М = Росм ∙ V ∙ М / (R ∙ T) = 456 ∙ 1 ∙ 123, 11 / (8, 314 ∙ 293) = 23, 02 г

Bela (Mahmoud) Задача 13
При какой температуре должен кипеть раствор, содержащий растворенный неэлектролит количеством вещества 0, 062 моль в воде объемом 200 мл? (Еэб =0, 516°)

Решение:
По закону Рауля, для р-ра неэлектролита:
Δtкип = Еэб ∙ 1000 ∙ m1/ (m2∙М)
где ∆tкип – повышение темп. кипения раствора;
Еэб – эбулиоскопическая константа р-ля;
m1- масса растворенного в-ва, г;
М- молек. масса растворенного в-ва;
m2- масса р-ля, г.
m1 / М = n растворенного вещества, отсюда:
Δtкип = Еэб ∙ 1000 ∙ n раств. в-ва/ m р-ля
Δtкип = 0, 516 ∙ 1000 ∙ 0, 062/ 200 = 0, 16°С
tкип = 100 + 0, 16 = 100, 16°С

Bela (Mahmoud) Задача 14

Решение:
Росм=4, 5 ∙ 10^5 Па = 450 кПа
Т=0°C = 273 К

Росм = См ∙ R ∙ T
См = Росм / R ∙ T = 450 / (8, 31 ∙ 273) = 0, 2 моль/л
m=n ∙ M = См ∙ V ∙ M = 0, 2 ∙ 1 ∙ 180 = 36 г

Bela (Mahmoud) Задача 15

Решение:
Росм = 2, 42∙10 5 Па = 242 кПа, Т = 293К
Росм = См ∙ R ∙ T
См = Росм / ( R ∙ T ) = 242 / ( 8, 314 ∙ 293 ) = 0, 1 моль/л

V (р-ра)=1 л
n = См ∙ V = 0, 1 ∙ 1= 0, 1 моль

М = m / n = 3, 2 / 0, 1 = 32 г /моль

Bela (Mahmoud) Задача 17
При растворении 0, 94 г вещества-неэлектролита в 50 г спирта температура кипения повысилась на 0, 232 град, ц. Определите молекулярную массу вещества, если Е спирта= 1, 16 град.ц

Решение:
Δt = Кэб ∙Cm(в-ва), отсюда моляльная конц-я вещества:
Cm(в-ва) = Δt /Кэб = 0, 232/ 1, 16 = 0, 2 моль/кг

Cm(в-ва) = n(в-ва) / m(спирта) = m(в-ва) / [M(в-ва) ∙ m(спирта)]
m(спирта) = 0, 05 кг
M(в-ва) = m(в-ва) / [Cm(в-ва) ∙ m(спирта)] = 0, 94 / [0, 2 ∙ 0, 05] = 94 г/моль

Bela (Mahmoud) Задача 18
При 100 градусах Цельсия давление пара раствора, содержащего 0, 05 моля сульфата натрия в 450 г воды, равно 1, 000818*10^5Па. Определить кажущуюся степень ионизации Na2SO4.

Решение:
По закону Рауля:
i ∙ N = (P0 - P)/P0
N = n1/(n1 + n2)
n1 = n(Na2SO4) = 0, 05 моль
n2 = n(H2O) = m/M = 450 / 18 = 25 моль
N = 0, 05 / (0, 05 + 25) =... (посчитайте)
P0 = 101, 325 кПа
P = 1, 000818*10^5Па = 100, 0818 кПа
i = (P0 - P)/P0 / N =... (посчитайте)

Кажущаяся степень диссоциации:
a = (i - 1) / (k - 1)
Na2SO4 диссоциирует на 3 иона: Na2SO4 → 2Na+ + SO42-, поэтому k = 3
a =... (посчитайте)

Bela (Mahmoud) Задача 19
Найдите давление насыщенного пара над водным раствором глюкозы при 100С, если мольная доля ее составляет 0, 007.

Решение:
Давление чистого водяного пара при 100°С составляет Р0=101, 325 кПа.
Согласно закону Рауля относительное понижение давления пара растворителя равно произведению мольной доли глюкозы N на давление чистого пара: ΔP= N ∙ Р0

Тогда давление пара над раствором:
Р1 = P0 - ΔP = P0 - N ∙ Р0 = 101, 325 - 101, 325 ∙ 0, 007 = 100, 616 кПа

Bela (Mahmoud) Задача 20
Раствор, содержащий 0, 4 моль хлорида цинка в 1000 г воды, имеет при 100С давление пара 99, 59 кПа. найдите изотонический коэффициент.

Решение:
i∙N = (P0 - Р)/Р0
n1(ZnCl2) = 0, 4 моль.
n2(H2O) = m/M = 1000/18 = 55, 56 моль
Мольная доля: N = 0, 4/(0, 4 + 55, 56) = 0, 00715
i = (P0 - Р)/NР0 = (101, 3 - 99, 59)/(101, 3∙0, 00715)=2, 36

Почему в горах температура кипения воды ниже? | ВКонтакте

Хотя считается, что вода замерзает при 0°С, а закипает при 100°С, это верно лишь в условиях нормального атмосферного давления. С изменением ...