- Яка температура кипіння?
- Як розраховується температура кипіння?
- Приклади температури кипіння
- Точка плавлення
- Точка замерзання
- Температура плавлення і кипіння води
Пояснюємо, що таке температура кипіння і як вона обчислюється. Приклади температури кипіння. Температура плавлення і замерзання.
Яка температура кипіння?
Точка кипіння - це температура до якого Тиск пар від рідина (тиск, який чинить газова фаза на рідку фазу в закритій системі при певній температурі) дорівнює тиску, що оточує рідину. Коли це відбувається, рідина перетворюється в газ.
Температура кипіння - це властивість, яка сильно залежить від тиску навколишнього середовища. Рідина, що піддається дуже високому тиску, матиме вищу температуру кипіння, ніж якщо ми піддаємо її нижчому тиску, тобто вона випаровується під дією високого тиску. Через ці зміни температури кипіння IUPAC визначив стандартну точку кипіння: це температура, при якій рідина перетворюється на пару під тиском 1 бар.
Важливим моментом є те, що температуру кипіння речовини не можна збільшувати нескінченно. Коли ми підвищуємо температуру рідини, щоб досягти точки кипіння, і продовжуємо її підвищувати, ми досягаємо температури, яка називається «критичною температурою». Критична температура — це температура, вище якої газ не може бути перетворений в рідину за рахунок підвищення тиску, тобто не може бути зріджений. При цій температурі не існує певної рідкої або парової фази.
Температура кипіння для кожної речовини різна. Ця властивість залежить від молекулярної маси речовина і тип міжмолекулярних сил, які він представляє (водневий зв’язок, постійний диполь, індукований диполь), що, у свою чергу, залежить від того, чи є речовина полярною ковалентною чи неполярною ковалентною (неполярною).
Коли температура речовини нижче температури кипіння, тільки частина її молекули розташований на його поверхні матиме Енергія достатньо, щоб порушити поверхневий натяг рідини і перейти в парову фазу. З іншого боку, при подачі тепла в систему відбувається збільшення в ентропія системи (тенденція до невпорядкованості частинок системи).
Як розраховується температура кипіння?
Використовуючи рівняння Клаузіуса-Клапейрона, можна охарактеризувати фазові переходи системи, що складається з одного компонента. Це рівняння можна використовувати для обчислення температури кипіння речовин і застосовується наступним чином:
де:
P1 - тиск, що дорівнює 1 бар, або в атмосферах (0,986923 атм)
T1 – температура кипіння (температура кипіння) компонента, виміряна при тиску 1 бар (P1) і виражена в градусах Кельвіна (K).
P2 – тиск пари компонента, виражений в барах або в атм.
T2 – температура компонента (виражена в градусах Кельвіна), при якій вимірюється тиск пари P2.
𝚫H – зміна ентальпії випаровування середнє в діапазоні температур, який розраховується. Вона виражається в Дж/моль або еквівалентних одиницях енергії.
R – газова постійна, еквівалентна 8,314 Дж/кмоль
ln — натуральний логарифм
Температура кипіння (температура кипіння) T1 очищається
Приклади температури кипіння
Деякі відомі та зареєстровані температури кипіння за нормальних умов тиску (1 атм) є такими:
- Вода: 100 ºC
- Гелій: -268,9 ºC
- Водень: -252,8 ºC
- Кальцій: 1484 ºC
- Берилій: 2471 ºC
- Кремній: 3265 ºC
- Вуглець у вигляді графіту: 4827 ºC
- Бор: 3927 ºC
- Молібден: 4639 ºC
- Осмій: 5012 ºC
- Вольфрам: 5930 ºC
Точка плавлення
Температура плавлення - це температура, при якій речовина переходить з твердого стану в рідкий.
Температура, при якій тверда речовина перетворюється в рідину, називається точкою плавлення, і під час фазового переходу тверде тіло в рідину температура підтримується постійною. У цьому випадку тепло подається в систему до тих пір, поки її температура не підвищиться достатньо, щоб система могла це зробити рух його частинок у твердій структурі більше, що змушує їх розділяти і перетікати в бік рідкої фази.
Температура плавлення також залежить від тиску і, як правило, дорівнює точці замерзання речовини (при якій рідина стає твердою при достатньому охолодженні) для більшості речовин.
Точка замерзання
Температура замерзання протилежна температурі плавлення, тобто температура, при якій рідина стискається, її частинки втрачають рух і набувають структура більш жорстка, стійка до деформації та пам’ятає форму (унікальна для речовин, що входять до складу твердий стан). Тобто це температура, при якій рідина перетворюється на тверде тіло. Злиття вимагає постачання калорійна енергія до системи, при замерзанні потрібно відведення теплової енергії (охолодження).
З іншого боку, температура замерзання також залежить від тиску. Прикладом є те, що відбувається, коли вода охолоджується до температури від 0ºC до 1 атм, коли вона замерзає і перетворюється на лід. Якщо його охолодити до тиску, що сильно відрізняється від 1 атм, результат може бути зовсім іншим, наприклад, якщо тиск набагато вищий, може знадобитися час, щоб замерзати, оскільки температура замерзання знижується.
Температура плавлення і кипіння води
Воду часто використовують як еталон при вимірюванні температур плавлення і кипіння речовин. Загалом, при нормальному тиску його температура кипіння становить 100ºC, а температура плавлення 0ºC (у випадку льоду). Це може сильно відрізнятися у випадках, коли Вода мають інші розчинені в ньому речовини, рідкі чи тверді, наприклад, морську воду, багату солями, що змінює її фізичні та хімічні властивості.
Вплив тиску також дуже помітний. Відомо, що при 1 атм температура кипіння води становить 100 ºC, але при 0,06 атм ми з подивом помітимо, що кипіння відбувається при 0 ºC (замість замерзання).