ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ: ПОНЯТИЕ, РАСЧЕТ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ

Точка кипения - это температура, при которой давление пара жидкости равно атмосферному давлению в комнате или отсеке. Жидкость превращается в пар. Во время этой фазы появляются пузырьки, которые поднимаются к поверхности жидкости и уходят в воздух.

С другой стороны, нормальная или стандартная точка кипения - это температура, при которой жидкость кипит на уровне моря; то есть при давлении в одну атмосферу (101,325 кПа). Между тем, IUPAC (1982) определяет точку кипения как температуру, при которой жидкость закипает при давлении 100 000 кПа.

Все жидкости закипят, когда давление их пара будет равно внешнему давлению. Источник: Эрвинс Страухманис через Flickr (https://www.flickr.com/photos/ervins_strauhmanis/18775075796)

Нормальная температура кипения воды составляет 99,97ºC. Но на пике Эвереста, на высоте 8 848 м над уровнем моря и атмосферном давлении 34 кПа, он составляет 71 ºC. Стандартная точка кипения, рекомендованная ИЮПАК, составляет 99,61 ° C при давлении 100,00 кПа (1 бар).

Из вышесказанного следует, что атмосферное давление является определяющим фактором в значении точки кипения, поскольку это давление, которого должна достичь жидкость, чтобы закипеть. Чем выше атмосферное давление, тем выше температура кипения жидкости. Верно и обратное.

Как рассчитать температуру кипения?

Если взять воду в качестве примера, простой способ рассчитать значение точки кипения - использовать одно из ее коллигативных свойств; то есть повышение его температуры кипения из-за присутствия растворенных веществ в водном растворе.

Температура кипения воды увеличивается с добавлением растворенных веществ из-за взаимодействия между молекулами воды и молекулами растворенных веществ.

Повышение температуры кипения воды определяется следующим математическим выражением:

ΔT _e = K _e m

ΔT _e = изменение температуры кипения

K _e = постоянная кипения

Первый шаг

Расчет молей NaCl:

моль NaCl = 30 г / (58,5 г / моль)

= 0,513 моль

Второй шаг

Расчет моляльности раствора:

0,513 моль NaCl растворяют в 300 г воды. Для получения моляльности раствора количество молей NaCl доводят до 1000 г (кг).

Молей растворенных веществ / кг воды (моляльность) = (0,513 моль / 300 г воды) · (1000 г воды / кг воды)

= 1,71 моль / кг воды

Третий шаг

Расчет повышения температуры кипения за счет добавления NaCl:

ΔT _e = mK _e

ΔT _e = 1,71 (моль / кг воды) · 0,52 ºC · (кг воды / моль)

= 0,889 ºC

Четвертый шаг

Расчет температуры кипения раствора NaCl:

T _e NaCl = T _e H ₂ O + ΔTe

= 100 ºC + 0,889 ºC

= 100,889 ºC

Примеры точек кипения

вода

Нормальная температура кипения воды составляет 99,97ºC. Эта величина относительно высока с учетом небольшого размера его молекулы. Однако это объясняется его необычной полярностью и способностью устанавливать водородные связи с соседними или родственными молекулами.

Атом кислорода имеет более высокое сродство к электронам, чем атом водорода. Следовательно, электроны ковалентной связи ОН движутся к кислороду, оставляя его заряженным отрицательно; в то время как атом водорода заряжен положительно.

Как следствие этого, молекулы воды являются диполями, которые могут взаимодействовать с другими молекулами воды, создавая межмолекулярную силу, которая способствует повышению температуры кипения. Кроме того, вода использует атом кислорода для образования водородных связей с другими молекулами воды (H ₂ O-HOH).

Алкоголь

Спирты имеют в своей структуре ОН-группы. Эти группы полярны, что создает диполь-дипольное взаимодействие между подобными молекулами. Спирты также могут образовывать водородные связи. Эти два взаимодействия вносят основной вклад в межмолекулярные силы.

Эти силы объясняют, почему температуры кипения спиртов выше, чем у соответствующих углеводородов. Основными факторами, определяющими температуры кипения спиртов, являются молекулярная масса и ее структура.

Температура кипения увеличивается с увеличением числа атомов углерода и уменьшается с разветвлением. Например: этанол имеет точку кипения 78,37ºC, но метанол имеет точку кипения 66ºC, а изопропиловый спирт - 80,3ºC.

масла

Масла разлагаются при нагревании до достижения точки кипения, поэтому оценки их точек кипения являются скудными и неточными. Расчетная температура кипения соевого масла составляет 300ºC.

Вместо точек кипения указываются точки его дымности или возгорания. Это достигается путем нагревания масла до определенной температуры, при которой появляется голубоватый дым, указывающий на начало разложения масла.

Ниже приведены примеры температуры дымления некоторых масел: миндальное масло 221ºC; рапсовое масло 220 ° C; кокосовое масло 232 ° C; и оливковое масло (первого отжима) 210 ºC.

Золото

Золото - драгоценный металл с плотностью 19,32 г / см ³ . Он имеет высокую температуру кипения из-за наличия металлической связи. Однако существуют расхождения между указанными значениями его температуры кипения, которые, возможно, отражают различия в степени чистоты образцов золота, подвергнутых исследованию.

Молоко

Молоко - водный раствор, содержащий растворенные вещества разной природы и состава; соли, сахара, белки, липиды, аминокислоты и т. д. Точка кипения молока немного выше, чем у воды, из-за сходства этих соединений с водой, что затрудняет его испарение.

сахар

Глюкоза имеет температуру плавления 146ºC, что совпадает с точкой разложения глюкозы. Следовательно, вы не можете получить его температуру кипения. То же самое происходит с сахарозой, столовым сахаром, который имеет температуру плавления 186 ° C и температуру разложения 186 ° C.

Точка плавления - это температура, при которой элемент или химическое соединение переходит из твердого состояния в жидкое. Следовательно, когда сахар разлагается, не существует стабильной жидкости для определения его точки кипения.

Железо

Температура кипения железа составляет 2 861 ºC. Такое высокое значение объясняется большим количеством энергии, необходимой для преодоления силы притяжения между атомами металла. Кроме того, необходимо преодолевать многочисленные электростатические силы из-за структуры металла в виде полотна.

Ссылки

Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
Wikipedia. (2020). Точка кипения. Получено с: en.wikipedia.org
Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (11 февраля 2020 г.). Определение точки кипения в химии. Получено с: thinkco.com
Cedrón J .; Ланда В. и Роблес Дж. (2011). Межмолекулярные силы. Общая химия. Получено с: corinto.pucp.edu.pe
Сэмюэл Белчер. (SF). Золото. Получено с: chemistry.pomona.edu
Дон Улин. (17 декабря 2010 г.). Какова точка кипения конфет? Получено с: indianapublicmedia.org
Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (11 февраля 2020 г.). Какая точка кипения молока? Получено с: thinkco.com

ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ: ПОНЯТИЕ, РАСЧЕТ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026