- Каква е точката на кипене?
- Как се изчислява точката на кипене?
- Примери за точка на кипене
- Точка на топене
- Точка на замръзване
- Точка на топене и точка на кипене на водата
Обясняваме каква е точката на кипене и как се изчислява. Примери за точка на кипене. Точка на топене и замръзване.
Каква е точката на кипене?
Точката на кипене е температура към които налягане пара от течност (налягането, упражнявано от газовата фаза върху течната фаза в затворена система при определена температура) е равно на налягането около течността. Когато това се случи, течността се превръща в газ.
Точката на кипене е свойство, което силно зависи от налягането на околната среда. Течността, подложена на много високо налягане, ще има по-висока точка на кипене, отколкото ако я подложим на по-ниско налягане, тоест ще отнеме повече време, за да се изпари, когато е подложена на високо налягане. Поради тези вариации на точката на кипене, IUPAC определи стандартната точка на кипене: това е температурата, при която течността се превръща в пара при налягане от 1 бар.
Важен момент е, че точката на кипене на веществото не може да се увеличава безкрайно. Когато повишаваме температурата на течността, за да премине точката на кипене и продължаваме да я повишаваме, достигаме температура, наречена „критична температура“. Критичната температура е температурата, над която газът не може да се трансформира в течност чрез повишаване на налягането, тоест не може да бъде втечнен. При тази температура няма дефинирана течна или парна фаза.
Точката на кипене е различна за всяко вещество. Това свойство зависи от молекулната маса на вещество и вида на междумолекулните сили, които представлява (водородна връзка, постоянен дипол, индуциран дипол), което от своя страна зависи от това дали веществото е полярно ковалентно или неполярно ковалентно (неполярно).
Когато температурата на дадено вещество е под точката му на кипене, само част от него молекули разположен на повърхността му ще има Енергия достатъчно, за да наруши повърхностното напрежение на течността и да избяга в парната фаза. От друга страна, когато топлината се подава към системата, има увеличение на ентропия на системата (склонност към разстройство на частиците на системата).
Как се изчислява точката на кипене?
С помощта на уравнението на Клаузиус-Клапейрон могат да се характеризират фазовите преходи на система, съставена от един компонент. Това уравнение може да се използва за изчисляване на точката на кипене на веществата и се прилага, както следва:
Където:
P1 е налягането, равно на 1 бар, или в атмосфери (0,986923 atm)
T1 е температурата на кипене (точката на кипене) на компонента, измерена при налягане от 1 бар (P1) и изразена в градуси Келвин (K).
P2 е налягането на парите на компонента, изразено в бар или в атм.
T2 е температурата на компонента (изразена в градуси Келвин), при която се измерва налягането на парите P2.
𝚫H е промяната на енталпията на изпаряване средно за температурния диапазон, който се изчислява. Изразява се в J / mol или еквивалентни единици енергия.
R е газовата константа, еквивалентна на 8,314 J/Kmol
ln е естественият логаритъм
Температурата на кипене (точката на кипене) T1 се изчиства
Примери за точка на кипене
Някои известни и записани точки на кипене при нормални условия на налягане (1 атм) са както следва:
- Вода: 100 ºC
- Хелий: -268,9 ºC
- Водород: -252,8 ºC
- Калций: 1484 ºC
- Берилий: 2471 ºC
- Силиций: 3265 ºC
- Въглерод под формата на графит: 4827 ºC
- Бор: 3927 ºC
- Молибден: 4639 ºC
- Осмий: 5012 ºC
- Волфрам: 5930 ºC
Точка на топене
Точката на топене е температурата, при която веществото преминава от твърдо в течно състояние.
Температурата, при която твърдото вещество се превръща в течност, се нарича точка на топене и по време на фазовия преход твърдо-течно температурата се поддържа постоянна. В този случай топлината се подава към системата, докато нейната температура се повиши достатъчно, за да може системата движение неговата частици в твърдата структура е по-голямо, което ги кара да се разделят и текат към течната фаза.
Точката на топене също зависи от налягането и обикновено е равна на точката на замръзване на материята (при която течността става твърда, когато се охлади достатъчно) за повечето вещества.
Точка на замръзване
Точката на замръзване е противоположна на точката на топене, тоест температурата, при която течността се свива, нейните частици губят движение и придобиват структура по-твърда, устойчива на деформация и памет на формата (уникална за веществата в в твърдо състояние). Тоест това е температурата, при която течността се превръща в твърдо вещество. Сливането изисква доставка калорична енергия към системата, докато замръзването изисква отстраняване на топлинната енергия (охлаждане).
От друга страна, точката на замръзване също зависи от налягането. Пример е какво се случва, когато водата се охлади до температура от 0ºC до 1 атм, когато замръзне и се превърне в лед. Ако се охлади до налягане, много различно от 1 атм, резултатът може да бъде много различен, например, ако налягането е много по-високо, може да отнеме време за замръзване, тъй като точката на замръзване намалява.
Точка на топене и точка на кипене на водата
Водата често се използва като стандарт при измерване на точките на топене и кипене на веществата. Най-общо, при нормално налягане, неговата точка на кипене е 100ºC, а точката на топене е 0ºC (в случай на лед). Това може да варира значително в случаите, когато Вода имат други вещества, разтворени в него, течни или твърди, като морска вода, богата на соли, което променя неговите физични и химични свойства.
Въздействието на натиска също е много забележимо. Известно е, че при 1 атм точката на кипене на водата е 100 ºC, но ако я достигнем до 0,06 атм, ще бъдем изненадани да забележим, че кипенето настъпва при 0 ºC (вместо замръзване).