3D 有趣實驗:大氣壓力與水沸騰
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授
在平地一大氣壓下，水的沸點大約是攝氏一百度；但在高山地區，山上氣壓較小，水的沸點因此也較低，水在不到攝氏一百度就可以沸騰了！本實驗將利用抽氣罐模擬山上壓力較低的環境，讓已沸騰的水在沒有持續加熱冷卻的情況下，能夠再次沸騰。
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沸點上升法求分子量的限制（下）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏
三、$$\ln(1-X_B)=-X_B$$誤差的探討
$$\ln(1-X_B)=-X_B$$ 成立的條件為 $$1\gg X_B$$，即溶質的莫耳分率遠小溶劑，為一稀薄溶液方能適用。如果我們直接將不同莫耳分率的 $$X_B$$ 直接經由計算機求出 $$\ln(1-X_B)$$ 的值，並比較其大小，如表二所示。
表二 不同 $$X_B$$ 情況下，$$\ln(1-X_B)$$ 和 $$-X_B$$ 的百分比誤差
沸點上升法求分子量的限制（上）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏
一般而言非揮性溶質的分子量可依 $$\Delta T=K_bm_B$$，的公式來求出。然而現今的實驗室鮮少使用此法求取物質的分子量，唯在教學上，基於依數性質的應用及探討，此部分的內容仍有其存在的必要。但是此法在使用上有一些限制，尤其僅適用於稀薄的溶液中，此點在一般課程內容中甚少提及，以下將此公式的推導及假設詳述一遍，以免遭到誤用。
一、沸點上升公式的推導
圖一 異相平衡中，B為非揮發性溶質，A為溶劑，A在氣相的化學能會等於其在液相的化學能
假設在理想溶液中，$$B$$ 為非揮發性(nonvolatile)溶質，$$A$$ 為溶劑如圖一所示，當系統達到平衡時，液相中 $$A$$ 的化學能（$$\mu_A(l)$$）會等於氣相中 $$A$$ 的化學能（$$\mu_A^*(g)$$），上標的 $$*$$ 代表其為純物質。
$$\mu^*_A(g)=\mu_A(l)~~~~~~~~~(1)$$
由熱力學的定律可知，相同狀況下，純溶劑的化學能永遠高於溶液的化學能，如下式所列，
其中 $$X_A$$ 代表溶劑的莫耳分率，其值小於 $$1$$，
故 $$\ln (X_A)<0$$。
$$\mu_A(l)=\mu^*_A(l)+RT\ln X_A~~~~~~~~~(2)$$
水溶液凝固點降低 (Freezing-point Depression)與沸點升高 (Boiling-point Elevation)
國立臺灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯
水溶液有很多特性，譬如具有滲透壓、高表面張力、凝固點和沸點與水不同等，18世紀時科學家就知道水溶液的凝固點比純水低與沸點比純水高。不只是只有水溶液，只要是含非揮發性溶質的溶液都會有這項特性。
蒸氣壓與沸點 (Boiling Point)
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯
每一種物質在一密閉系統中，當其液態和氣態達到一動態平衡時，我們稱這時候物質蒸氣的壓力為飽和蒸汽壓。物質的蒸氣壓只隨物質的種類和溫度變化，所以定溫下純物質皆有固定的蒸氣壓。不過蒸氣壓和溫度變化為一非線性關係，有興趣的同學可參考Clausius-Clapeyron relation。
當液體的蒸氣壓等於液面上的大氣壓力時，液體的內部會發生劇烈的汽化現象，此時的溫度稱為沸點。因此，大氣壓力的大小決定了沸點的高低。例如，高山上氣體稀薄，氣壓低，沸點也跟著降低。一般而言，我們稱在大氣壓為一大氣壓(1 atm)下的測得的沸點為「正常沸點」(Normal boiling point)。(圖一中紅圈處為該物質之正常沸點)
沸點(Boiling point)
臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯
液體的蒸氣壓(vapor pressure)與周圍環境的壓力相等時，此時液體沸騰(boiling)的溫度稱為「沸點」。液體在低壓環境下的沸點比一般環境（受大氣壓力影響）的沸點低；而在高壓環境中的沸點比其在大氣環境下的沸點為高。換句話說，任何液體在不同的環境條件下，有不同的沸點。在沸點的溫度下，液體中的分子足以克服內聚力(cohesive force)的束縛而汽化(vaporization)，氣體分子形成氣泡逸去。 液體的正常沸點（normal boiling point，又稱為大氣沸點）是液體的蒸氣壓等於我們定義的『海平面上的氣壓』即『一大氣壓』(atmospheric pressure)時的沸點。國際純化學暨應用化學聯合會（簡稱IUPAC）將正常沸點定義為：『液體在一大氣壓下沸騰時的溫度』。
