- Jaka jest temperatura wrzenia?
- Jak obliczana jest temperatura wrzenia?
- Przykłady temperatury wrzenia
- Temperatura topnienia
- Punkt zamarzania
- Temperatura topnienia i temperatura wrzenia wody
Wyjaśniamy, czym jest temperatura wrzenia i jak jest obliczana. Przykłady temperatury wrzenia. Temperatura topnienia i zamarzania.
Jaka jest temperatura wrzenia?
Temperatura wrzenia to temperatura do którego Ciśnienie para z płyn (ciśnienie wywierane przez fazę gazową na fazę ciekłą w układzie zamkniętym w określonej temperaturze) jest równe ciśnieniu otaczającemu ciecz. Kiedy tak się dzieje, ciecz zamienia się w gaz.
Temperatura wrzenia to właściwość silnie zależna od ciśnienia otoczenia. Ciecz poddana bardzo wysokiemu ciśnieniu będzie miała wyższą temperaturę wrzenia, niż gdy poddamy ją niższym ciśnieniom, to znaczy, że poddanie jej działaniu wysokiego ciśnienia zajmie więcej czasu, aby odparować. Ze względu na te zmiany temperatury wrzenia IUPAC zdefiniował standardową temperaturę wrzenia: jest to temperatura, w której ciecz zamienia się w parę pod ciśnieniem 1 bara.
Ważną kwestią jest to, że temperatury wrzenia substancji nie można zwiększać w nieskończoność. Kiedy zwiększamy temperaturę cieczy, aby przekroczyła punkt wrzenia i nadal ją zwiększamy, osiągamy temperaturę zwaną „temperaturą krytyczną”. Temperatura krytyczna to temperatura, powyżej której gaz nie może zostać przekształcony w ciecz przez wzrost ciśnienia, to znaczy nie może być skroplony. W tej temperaturze nie ma określonej fazy ciekłej ani fazy gazowej.
Temperatura wrzenia jest inna dla każdej substancji. Ta właściwość zależy od masy cząsteczkowej substancja oraz rodzaj sił międzycząsteczkowych, które ona wywołuje (wiązanie wodorowe, dipol trwały, dipol indukowany), co z kolei zależy od tego, czy substancja jest kowalencyjna polarna, czy niepolarna (niepolarna).
Gdy temperatura substancji jest poniżej jej temperatury wrzenia, tylko część jej molekuły znajdujący się na jego powierzchni będzie miał Energia wystarczy, aby przełamać napięcie powierzchniowe cieczy i uciec do fazy gazowej. Z drugiej strony, gdy ciepło jest dostarczane do systemu, następuje wzrost entropia systemu (skłonność do nieuporządkowania cząstek systemu).
Jak obliczana jest temperatura wrzenia?
Korzystając z równania Clausiusa-Clapeyrona, można scharakteryzować przejścia fazowe układu złożonego z jednego składnika. To równanie może być użyte do obliczenia temperatury wrzenia substancji i jest stosowane w następujący sposób:
Gdzie:
P1 to ciśnienie równe 1 barowi lub w atmosferach (0,986923 atm)
T1 to temperatura wrzenia (temperatura wrzenia) składnika, mierzona przy ciśnieniu 1 bara (P1) i wyrażona w stopniach Kelvina (K).
P2 to prężność par składnika wyrażona w barach lub atm.
T2 to temperatura składnika (wyrażona w stopniach Kelvina), przy której mierzona jest prężność pary P2.
𝚫H jest zmianą entalpii odparowanie średnia w obliczonym zakresie temperatur. Jest wyrażony w J / mol lub równoważnych jednostkach energii.
R jest stałą gazową równoważną 8,314 J / Kmol
ln jest logarytmem naturalnym
Temperatura wrzenia (temperatura wrzenia) T1 jest wyzerowana
Przykłady temperatury wrzenia
Niektóre znane i zarejestrowane temperatury wrzenia w normalnych warunkach ciśnienia (1 atm) są następujące:
- Woda: 100°C
- Hel: -268,9 ºC
- Wodór: -252,8 ºC
- Wapń: 1484 ºC
- Beryl: 2471 ºC
- Krzem: 3265 ºC
- Węgiel w postaci grafitu: 4827 ºC
- Bor: 3927 ºC
- Molibden: 4639 ºC
- Osm: 5012 ºC
- Wolfram: 5930 ºC
Temperatura topnienia
Temperatura topnienia to temperatura, w której substancja przechodzi ze stanu stałego w ciekły.
Temperatura, w której ciało stałe zamienia się w ciecz, nazywana jest temperaturą topnienia, a podczas przejścia fazowego ciało stałe-ciecz temperatura jest utrzymywana na stałym poziomie. W takim przypadku ciepło jest dostarczane do systemu, dopóki jego temperatura nie wzrośnie na tyle, aby system mógł: ruch jego cząstki w strukturze stałej jest większa, co powoduje ich rozdzielanie się i przepływ w kierunku fazy ciekłej.
Temperatura topnienia zależy również od ciśnienia i jest ogólnie równa temperaturze zamarzania materii (w której ciecz staje się stała po wystarczającym schłodzeniu) dla większości Substancje.
Punkt zamarzania
Temperatura zamarzania jest przeciwieństwem temperatury topnienia, czyli temperatury, w której ciecz kurczy się, jej cząsteczki tracą ruch i nabierają Struktura sztywniejsza, odporna na odkształcenia i pamięć kształtu (unikalna dla substancji w stan stały). Oznacza to, że jest to temperatura, w której ciecz zamienia się w ciało stałe. Połączenie wymaga dostarczenia energia kaloryczna do systemu, natomiast zamrażanie wymaga odprowadzenia energii cieplnej (chłodzenia).
Z drugiej strony temperatura zamarzania zależy również od ciśnienia. Przykładem jest to, co się dzieje, gdy woda jest schładzana do temperatury od 0ºC do 1 atm, gdy zamarza i zamienia się w lód. Jeśli zostanie schłodzony do ciśnienia bardzo różniącego się od 1 atm, wynik może być bardzo różny, na przykład, jeśli ciśnienie jest znacznie wyższe, zamarznięcie może zająć trochę czasu, ponieważ jego temperatura zamarzania spada.
Temperatura topnienia i temperatura wrzenia wody
Woda jest często używana jako standard do pomiaru temperatury topnienia i wrzenia substancji. Ogólnie rzecz biorąc, przy normalnym ciśnieniu jego temperatura wrzenia wynosi 100ºC, a temperatura topnienia 0ºC (w przypadku lodu). Może się to znacznie różnić w przypadkach, gdy Woda mają w niej rozpuszczone inne substancje, płynne lub stałe, takie jak woda morska, bogata w sole, co modyfikuje jej właściwości fizyczne i chemiczne.
Bardzo zauważalny jest również wpływ nacisku. Wiadomo, że przy 1 atm temperatura wrzenia wody wynosi 100 ºC, ale podnosząc ją do 0,06 atm, zdziwilibyśmy się, gdybyśmy zauważyli, że wrzenie następuje przy 0 ºC (zamiast zamarzania).