kiehumispiste

Kemia

2022

Selitämme, mikä kiehumispiste on ja miten se lasketaan. Esimerkkejä kiehumispisteestä. Sulamis- ja jäätymispiste.

Normaalipaineessa (1 atm) veden kiehumispiste on 100 °C.

Mikä on kiehumispiste?

Kiehumispiste on lämpötila johon Paine höyryä nestettä (kaasufaasin nestefaasiin kohdistama paine suljetussa järjestelmässä tietyssä lämpötilassa) on yhtä suuri kuin nestettä ympäröivä paine. Kun näin tapahtuu, neste muuttuu kaasuksi.

Kiehumispiste on ominaisuus, joka riippuu voimakkaasti ympäristön paineesta. Erittäin korkeaan paineeseen kohdistuvalla nesteellä on korkeampi kiehumispiste kuin jos alistamme sen alhaisemmille paineille, eli sen höyrystyminen kestää kauemmin, kun siihen kohdistuu korkeita paineita. Näistä kiehumispistevaihteluista johtuen IUPAC määritteli standardin kiehumispisteen: se on lämpötila, jossa neste muuttuu höyryksi 1 baarin paineessa.

Tärkeä seikka on, että aineen kiehumispistettä ei voi nostaa loputtomiin. Kun nostamme nesteen lämpötilaa ylittääkseen sen kiehumispisteen ja jatkamme sen nostamista, saavutamme lämpötilan, jota kutsutaan "kriittiseksi lämpötilaksi". Kriittinen lämpötila on lämpötila, jonka yläpuolella kaasu ei voi muuttua nesteeksi paineen noustessa, eli sitä ei voida nesteyttää. Tässä lämpötilassa ei ole määriteltyä nestefaasia tai höyryfaasia.

Kiehumispiste on erilainen jokaiselle aineelle. Tämä ominaisuus riippuu aineen molekyylimassasta aine ja sen sisältämien molekyylien välisten voimien tyyppi (vetysidos, pysyvä dipoli, indusoitu dipoli), mikä puolestaan ​​riippuu siitä, onko aine polaarinen kovalenttinen vai ei-polaarinen kovalenttinen (ei-polaarinen).

Kun aineen lämpötila on sen kiehumispisteen alapuolella, vain osa siitä molekyylejä sijaitsee sen pinnalla Energiaa tarpeeksi katkaisemaan nesteen pintajännityksen ja pääsemään höyryfaasiin. Toisaalta, kun lämpöä syötetään järjestelmään, lämpö lisääntyy haje järjestelmästä (taipumus järjestelmän hiukkasten epäjärjestykseen).

Miten kiehumispiste lasketaan?

Clausius-Clapeyron-yhtälön avulla voidaan karakterisoida yhdestä komponentista koostuvan järjestelmän vaihemuutokset. Tätä yhtälöä voidaan käyttää aineiden kiehumispisteen laskemiseen, ja sitä sovelletaan seuraavasti:

Missä:

P1 on paine, joka vastaa 1 baaria tai ilmakehissä (0,986923 atm)

T1 on komponentin kiehumislämpötila (kiehumispiste), mitattuna 1 baarin paineessa (P1) ja ilmaistuna Kelvin-asteina (K).

P2 on komponentin höyrynpaine, joka ilmaistaan ​​baareina tai atm:inä.

T2 on komponentin lämpötila (kelvin-asteina), jossa höyrynpaine P2 mitataan.

𝚫H on entalpian muutos höyrystymistä laskettavan lämpötila-alueen keskiarvo. Se ilmaistaan ​​J / mol tai vastaavina energiayksiköinä.

R on kaasuvakio, joka vastaa arvoa 8,314 J / Kmol

ln on luonnollinen logaritmi

Kiehumislämpötila (kiehumispiste) T1 tyhjennetään

Esimerkkejä kiehumispisteestä

Jotkut tunnetut ja kirjatut kiehumispisteet normaaleissa paineolosuhteissa (1 atm) ovat seuraavat:

  • Vesi: 100 ºC
  • Helium: -268,9 ºC
  • Vety: -252,8 ºC
  • Kalsium: 1484 ºC
  • Beryllium: 2471 ºC
  • Pii: 3265 ºC
  • Hiili grafiitin muodossa: 4827 ºC
  • Boori: 3927 ºC
  • Molybdeeni: 4639 ºC
  • Osmium: 5012 ºC
  • Volframi: 5930 ºC

Sulamispiste

Sulamispiste on lämpötila, jossa aine muuttuu kiinteästä nestemäiseksi.

Lämpötilaa, jossa kiinteä aine muuttuu nesteeksi, kutsutaan sulamispisteeksi ja kiinteä-neste-faasisiirtymän aikana lämpötila pidetään vakiona. Tässä tapauksessa järjestelmään syötetään lämpöä, kunnes sen lämpötila kohoaa niin paljon, että järjestelmä pystyy nousemaan liikettä hänen hiukkasia kiinteässä rakenteessa on suurempi, mikä saa ne erottumaan ja virtaamaan kohti nestefaasia.

Sulamispiste riippuu myös paineesta ja on yleensä sama kuin aineen jäätymispiste (jossa neste muuttuu kiinteäksi riittävän jäähdytettynä) aineet.

Jäätymispiste

Jäätymispiste on sulamispisteen vastakohta, eli lämpötila, jossa neste supistuu, sen hiukkaset menettävät liikkeen ja saavat rakenne jäykempi, muodonmuutoksia kestävä ja muotomuisti (ainutlaatuinen aineille kiinteässä tilassa). Eli se on lämpötila, jossa neste muuttuu kiinteäksi aineeksi. Fuusio vaatii toimituksia kalorienergiaa järjestelmään, kun taas jäätyminen vaatii lämpöenergian poistamista (jäähdytystä).

Toisaalta jäätymispiste riippuu myös paineesta. Esimerkkinä siitä, mitä tapahtuu, kun vesi jäähdytetään 0 ºC - 1 atm:n lämpötilaan, kun se jäätyy ja muuttuu jääksi. Jos se jäähdytetään paineeseen, joka on hyvin erilainen kuin 1 atm, tulos voi olla hyvinkin erilainen, esimerkiksi jos paine on paljon korkeampi, sen jäätyminen voi viedä aikaa sen jäätymispisteen laskeessa.

Veden sulamispiste ja kiehumispiste

Vettä käytetään usein standardina mitattaessa aineiden sulamis- ja kiehumispisteitä. Yleisesti ottaen sen kiehumispiste on normaalipaineessa 100 ºC ja sulamispiste 0 ºC (jään tapauksessa). Tämä voi vaihdella suuresti tapauksissa, joissa Vesi sisältää muita nestemäisiä tai kiinteitä aineita, kuten merivettä, jossa on runsaasti suoloja, mikä muuttaa sen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia.

Paineen vaikutus on myös hyvin havaittavissa. Tiedetään, että 1 atm:n paineessa veden kiehumispiste on 100 ºC, mutta kun se otetaan 0,06 atm:iin, olisimme yllättyneitä huomatessamme, että kiehuminen tapahtuu 0 ºC:ssa (jäätymisen sijaan).

!-- GDPR -->