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沸點上升

    沸點上升(英文: Boiling-point elevation)是描述非揮發性混合溶液的沸點會比非揮發性純溶劑得沸點還要高，也就是說，在非揮發性溶劑中加入非揮發性溶質，其會產生沸點變化量。沸點上升現象可以用沸點上升測定法(英文: ebullioscopy；希臘文:ζεσεοσκοπία，意旨”沸點觀測”)來量測。

原因

當溶質溶進溶液後，化學位能對溫度的趨勢圖可以解釋為什麼溶液會出現沸點上升現象。

在稀薄溶液的情況下，沸點上升會和溶質的粒子數目和溶質的濃度有關，也就是說沸點上升是屬於溶液的依數性質之一。在熱力學上，沸點上升的起因是溶液的熵(英文:entropy)，所以可以用溶液的化學能或蒸氣壓的觀點來解釋沸點上升的現象。在上面的兩個解釋方式中，可以說明為什麼大多數的溶質只能留在液相溶劑裡，而不會隨溶劑汽化互溶(除了極高溫度的環境除外)。

以蒸氣壓的觀點來看，當溶液的蒸氣壓和周圍壓力相同的時候，其會開始沸騰。對於溶劑而言，由於溶質的存在會使溶液變得稀薄，導致溶液得蒸氣壓下降。(但是，在某些例子裡，例如MgSO₄溶於水後，使得會溶液變的濃稠，而不是稀薄。不過，在基礎熱力學上，這個想法的正確性還在討論中。溶質必須降低溶液的蒸氣壓，否則溶液將不會處於安定狀態。)非揮發性溶質的蒸氣壓為零，所以溶液的蒸氣壓會小於溶劑得蒸氣壓。因此，必須要用較高的溫度來將溶液得蒸氣壓達到環境壓力，並使得沸點上升。

以化學能的觀點來看，當溶液達到沸點的時候，液相和氣相有相同的化學能，也就是說，兩者能量是等價的。化學能和溫度有關，在不同的溫度下，氣體或液體，會有較低的化學能，和相較於其他相能有效率的進行反應。這意味著當非揮發性溶質加進液相溶劑內(這個過程稱為稀釋)，溶劑得化學能會增加，而氣相溶劑的化學能卻毫無影響。這代表混合溶液相較於純溶液，其液相和氣相將達到另一個溫度上的平衡，例如沸點上升。

定量描述

對於稀薄溶液

沸點上升的範圍可以用拉午爾定律和克勞修斯 - 克拉珀龍方程式來做為非揮發性非電解質溶液的假設開端。其結果為在稀薄的理想溶液中，沸點上升變化量ΔT_b對溶液的莫耳濃度m為一線性比例，即為:

ΔT_b1 /m_B1 =ΔT_b2 / m_B2

故此可定義一沸點上升常數K_b

K_b=ΔT_b1 /m_B1 =ΔT_b2 / m_B2 =ΔT_b /m_B

將上式整理，得:

ΔT_b = K_b · m_B

若溶質為電解質，上式則參入要凡得赫夫因子i，即:

ΔT_b = K_b · m_B · i

沸點上升常數

沸點上升常數K_b與溶劑的蒸氣壓和分子量有關和溶質無關。對於不同種類溶劑的沸點常數K_b :

對於揮發溶液

在揮發性溶液的例子裡，溶液沸點和溶液中的揮發成分有很大的關係，並且溶質對於沸點的影響必須用混合物的相圖來決定。在一些特別得例子裡，混合物的沸點甚至有時會低於純溶液，而這些具有最小沸點混合物則稱為負共沸物。

對於高濃度溶液

近年來，在高濃度溶液的沸點上升計算方面，科學家假設了一個新且簡易計算的方程式:

其中

• 是指純溶劑的自然沸點(以水為例的話就是沸點100℃)。

• 是指溶液的活動範圍(以水為例就是水溶液)。溶液活動範圍可以用皮特澤模型(Pitzer model)或模型化的TCPC模型(TCPC model)來計算，這兩組模型特別地要求3 個可校正的常數。對TCPC模型而言，這些常數可當作許多單鹽的參數。

• 是指純溶劑在 下氣化得潛熱(也就是焓變)。以水為例，在100℃下的 值為40.657 kJ/mol。

• 是指溫度在 液氣二相間的熱容變化量。以水為例，熱容變化量為-2.14 J/g/K。

使用這個計算方程時必須注意:”對於一些高濃度離子的溶液，是非常不適用這個方法的，而當實驗數據很少得時候，這個方法依然是有用的。”而且這個方程式不僅對於水溶液有效，也對於非水溶液有效。

應用

    在化學上，沸點上升可以用實驗數據來量測一些化學物質的莫爾質量或電解溶液的解離度，這種量測方法被稱為沸點上升測定法(英文: ebullioscopy；希臘文:ζεσεοσκοπία，意旨”沸點觀測”)。由於熔點下降常數比沸點上升常數大，加上沸點上升的實驗難以控制(比如加熱過頭等)，因此沸點上升測定法的結果並非準確。一般在實驗上會使用熔點下降測定法來替代。

    關於生活上，有許多有關沸點上升應用的謠傳，比如在煮麵糰的時候，要用鹽水煮才能讓麵糰煮得快一些。其實這是個錯誤的想法，因為高濃度下(每1kg的水含有10g的鹽，或每1夸脫的水含有1茶匙的鹽)的鹽水，其沸點上升變化量才接近0.17 °C (0.31 °F)而已。對於水煮東西而言，是沒有太大的差別的，何況煮東西的速率也沒增加多少。

參考資料

英國維基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/Boiling-point_elevation