Шийдлүүдийн буцлах цэгийн өндрийн жишээ асуултууд ба хэлэлцүүлэг
Пендахулуан
Буцалгах цэгийн өсөлт нь уусгагч дээр ууссан бодис нэмэхэд үүсдэг коллигатив үзэгдэл юм. Энэ үзэгдэл нь цэвэр уусгагчийн буцалгах цэгтэй харьцуулахад уусмалын буцалгах цэг нэмэгдэхийг хэлнэ. Химийн шинжлэх ухаанд буцалгах цэгийн өсөлтийг ойлгох нь чухал бөгөөд ялангуяа химийн урвал, ялгах процесс, эмийн шинжилгээний хүрээнд чухал юм. Энэхүү нийтлэл нь буцалгах цэгийн өсөлтийн тухай ойлголттой холбоотой янз бүрийн жишээ асуудал, хэлэлцүүлгийг танилцуулах зорилготой юм.
Үндсэн онол
Буцалгах цэгийн өсөлт гэдэг нь уусмалын буцалгах цэг нь цэвэр уусгагчийн буцалгах цэгээс өндөр байх үзэгдэл юм. Ууссан бодис (дэгдэмхий биш)-ийг уусгагчид нэмэхэд уусгагчийн уурын даралт буурдаг. Үүний үр дүнд гадаад даралттай ижил уурын даралтыг бий болгохын тулд илүү өндөр температур шаардлагатай. Тиймээс уусмалын буцалгах цэг нь өндөр байдаг.
Буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолоход ашигласан тэгшитгэл нь:
\[ \Дельта T_b = K_b \cdot m \]
Хаана:
– \(\Дельта T_b\) = буцлах цэгийн өндөршил,
– \(K_b\) = эбулиоскопийн тогтмол (уусгагч бүрийн хувьд харилцан адилгүй),
– \(m\) = уусмалын молийн хэмжээ (уусгагчийн нэг килограмм тутамд ууссан бодисын молийн тоо).
Жишээ асуултууд болон хэлэлцүүлэг
Энэ ойлголтыг илүү сайн ойлгохын тулд зарим жишээ бодлогуудыг авч үзье.
Жишээ асуулт 1
Асуулт: 1 кг усанд ууссан 2 моль глюкоз (\(C_6H_{12}O_6\)) агуулсан уусмалын буцалгах цэгийн өндөр хэд вэ? Усны эбулиоскопийн тогтмол (\(K_b\)) нь 0,512 °C·кг/моль гэдэг нь мэдэгдэж байна.
Хэлэлцүүлэг:
1. Уусмалын молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
\[ m = \frac{\text{ууссан бодисын моль}}{\text{кг уусгагч}} = \frac{2 \; \text{mol}}{1 \; \text{kg}} = 2 \; \text{m} \]
2. Дараах тэгшитгэлийг ашиглан буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолно уу:
\[ \Дельта T_b = K_b \cdot m \]
\[ \Дельта T_b = 0.512 \; °C·кг/моль \2 \; м\]
\[ \Дельта T_b = 1.024 °C \]
Тиймээс уусмалын буцалгах температурын өсөлт нь 1.024 °C байна.
Жишээ асуулт 2
Асуулт: 500 грамм усанд 0,3 моль NaCl агуулсан уусмалын буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолно уу (\(K_b\) ус = 0.512 °C·кг/моль). NaCl нь усанд бүрэн диссоциацид ордог гэж үзье.
Хэлэлцүүлэг:
1. Уусмалын молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
\[ \text{Уусгагчийн масс кг-аар} = 500 \; \text{g} = 0.5 \; \text{kg} \]
\[ m = \frac{\text{ууссан бодисын моль}}{\text{кг уусгагч}} = \frac{0.3 \; \text{mol}}{0.5 \; \text{kg}} = 0.6 \; \text{m} \]
2. NaCl нь \(Na^+\) ба \(Cl^-\) ионуудад задардаг тул бөөмсийн нийт тоо нь байгаа NaCl молекулуудын тооноос хоёр дахин их байна.
\[ i = 2 \; (\text{van 't NaCl-ийн Хоффын хүчин зүйл}) \]
3. Дараах тэгшитгэлийг ашиглан буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолно уу:
\[ \Дельта T_b = K_b \cdot m \cdot i \]
\[ \Дельта T_b = 0.512 \; °C·кг/моль \удаа 0.6 \; м \удаа 2 \]
\[ \Дельта T_b = 0.6144 °C \]
Тиймээс уусмалын буцалгах температурын өсөлт нь 0.6144 °C байна.
Жишээ асуулт 3
Асуулт: Хэрэв 0.5 моль сахароз (\(C_{12}H_{22}O_{11}\)) 1.5 кг усанд уусвал буцлах температур хэдээр нэмэгдэх вэ? \(K_b\) усны хэмжээ = 0.512 °C·кг/моль.
Хэлэлцүүлэг:
1. Уусмалын молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
\[ m = \frac{\text{ууссан бодисын моль}}{\text{кг уусгагч}} = \frac{0.5 \; \text{мол}}{1.5 \; \text{кг}} = \frac{0.5}{1.5} \; \text{m} = 0.333 \; \text{m} \]
2. Сахароз нь диссоциацид ордоггүй тул ван-т-Хоффын хүчин зүйл (\(i\)) нь 1 байна.
3. Дараах тэгшитгэлийг ашиглан буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолно уу:
\[ \Дельта T_b = K_b \cdot m \]
\[ \Дельта T_b = 0.512 \; °C·кг/моль \0.333 \; м\]
\[ \Дельта T_b = 0.1705 °C \]
Тиймээс уусмалын буцалгах температурын өсөлт нь 0.1705 °C байна.
Жишээ асуулт 4
Асуулт: 2000 грамм усанд 0.25 моль мочевин (\(NH_2CONH_2\))-аар хийсэн уусмалын буцлах температур нэмэгдсэн. Буцлах температурын өндрийг тооцоол. Усны хувьд \(K_b\) нь 0.512 °C·кг/моль байна.
Хэлэлцүүлэг:
1. Уусмалын молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
\[ \text{Уусгагчийн масс кг-аар} = 2000 \; \text{g} = 2 \; \text{kg} \]
\[ m = \frac{\text{ууссан бодисын моль}}{\text{кг уусгагч}} = \frac{0.25 \; \text{mol}}{2 \; \text{kg}} = 0.125 \; \text{m} \]
2. Мочевин усанд диссоциацид ордоггүй тул ван-т-Хоффын коэффициент (\(i\)) нь 1 байна.
3. Дараах тэгшитгэлийг ашиглан буцалгах цэгийн өндрийг тооцоолно уу:
\[ \Дельта T_b = K_b \cdot m \]
\[ \Дельта T_b = 0.512 \; °C·кг/моль \0.125 \; м\]
\[ \Дельта T_b = 0.064 \; °C\]
Тиймээс уусмалын буцалгах температурын өсөлт нь 0.064 °C байна.
Дүгнэлт
Буцалгах цэгийн өсөлт нь химийн чухал ойлголт бөгөөд ууссан бодис уусмалын буцалгах цэгт хэрхэн нөлөөлдөг болохыг тайлбарладаг. Дээрх жишээ бодлого нь моляр чанар болон ван-т-Хоффын хүчин зүйлийн ойлголтуудыг ашиглан буцалгах цэгийн өсөлтийг хэрхэн тооцоолохыг харуулж байна. Энэхүү мэдлэг нь лабораторийн шинжилгээ, эмийн хөгжил зэрэг химийн янз бүрийн хэрэглээнд ашигтай байдаг. Энэ үзэгдлийг ойлгох нь уусмал дахь бодисын шинж чанарыг илүү гүнзгий ойлгох боломжийг олгодог.
