Мы объясним, что такое температура кипения и как она рассчитывается. Примеры точек кипения. Температура плавления и температура замерзания
При нормальном давлении (1 атм) температура кипения воды составляет 100 °C
Что такое температура кипения?
Точка кипения – это температура , при которой давление паров жидкости (давление, оказываемое газовой фазой на жидкую фазу в закрытой системе при данной температуре) равно давлению вокруг жидкости. Когда это происходит, жидкость превращается в газ
Температура кипения – это свойство, которое сильно зависит от давления окружающей среды. Жидкость, находящаяся под очень высоким давлением, будет иметь более высокую температуру кипения, чем при более низком давлении, т.е. при высоком давлении ей потребуется больше времени, чтобы превратиться в пар. Из-за этих вариаций температуры кипения ИЮПАК определил стандартную температуру кипения: это температура, при которой жидкость превращается в пар при давлении 1 бар
Важным моментом является то, что температуру кипения вещества нельзя повышать бесконечно. Когда мы повышаем температуру жидкости выше точки кипения и продолжаем ее повышать, мы достигаем температуры, называемой критической температурой. Критическая температура – это температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость путем повышения давления, т.е. он не может сжижаться. При этой температуре не существует определенной жидкой или паровой фазы
Температура кипения различна для каждого вещества. Это свойство зависит от молекулярной массы вещества и типа присутствующих межмолекулярных сил (водородная связь, постоянный диполь, индуцированный диполь), что в свою очередь зависит от того, является ли вещество ковалентно полярным или ковалентно аполярным (неполярным)
Когда температура вещества ниже точки кипения, только часть его молекул , расположенных на поверхности, обладает достаточной энергией , чтобы нарушить поверхностное натяжение жидкости и перейти в паровую фазу. С другой стороны, когда к системе подводится тепло, происходит увеличение энтропии системы (тенденция частиц системы становиться неупорядоченными)
Как рассчитывается температура кипения?
С помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона можно охарактеризовать фазовые переходы однокомпонентной системы. Это уравнение может быть использовано для расчета температуры кипения веществ и применяется следующим образом:
Где:
P1 – давление, равное 1 бар, или в атмосферах (0,986923 атм)
T1 – это температура кипения (точка кипения) компонента, измеренная при давлении 1 бар (P1) и выраженная в градусах Кельвина (K)
P2 – давление паров компонента, выраженное в барах или атм
T2 – это температура компонента (выраженная в Кельвинах), при которой измеряется давление пара P2
?H – среднее изменение энтальпии парообразования в рассчитываемом диапазоне температур. Он выражается в Дж/моль или эквивалентных единицах энергии
R – газовая постоянная, эквивалентная 8,314 Дж/кмоль
ln – натуральный логарифм
Температура кипения (точка кипения) T1 очищается.
Примеры точек кипения
Некоторые зарегистрированные и известные температуры кипения при нормальном давлении (1 атм) следующие:
- Вода : 100 °C.
- Гелий: -268,9 ºC.
- Водород: -252,8 ºC.
- Кальций: 1484 ºC.
- Бериллий: 2471 ºC.
- Кремний: 3265 ºC.
- Углерод в виде графита: 4827 ºC.
- Бор: 3927 ºC.
- Молибден: 4639 ºC.
- Осмий: 5012 ºC.
- Вольфрам: 5930 ºC.
Температура плавления
Температура плавления – это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое.
Температура, при которой твердое тело переходит в жидкость, называется температурой плавления, и во время фазового перехода твердое тело-жидкость температура остается постоянной. В этом случае тепло подводится к системе до тех пор, пока ее температура не повысится настолько, что движение ее частиц в твердой структуре усилится, вызывая их отделение и перетекание в жидкую фазу
Температура плавления также зависит от давления и обычно равна температуре замерзания вещества (при которой достаточное охлаждение превращает жидкость в твердое тело) для большинства веществ
Продолжение следует: температура плавления
Температура замерзания
Температура замерзания противоположна температуре плавления, т.е. температуре, при которой жидкость сжимается, ее частицы теряют подвижность и приобретают более жесткую структуру, устойчивую к деформации и обладающую памятью формы (уникальной для веществ в твердом состоянии ). То есть, это температура, при которой жидкость превращается в твердое тело. Плавление требует подвода тепловой энергии к системе, тогда как замораживание требует отвода тепловой энергии (охлаждения)
С другой стороны, точка замерзания также зависит от давления. Примером может служить то, что происходит при охлаждении воды до температуры 0 °C при давлении 1 атм, когда она замерзает и превращается в лед. Если его охладить до давления, значительно отличающегося от 1 атм, результат может быть совершенно иным, например, если давление будет намного выше, ему потребуется много времени, чтобы замерзнуть, поскольку его точка замерзания уменьшится
Температура плавления и кипения воды
Вода часто используется в качестве стандарта для измерения точек плавления и кипения веществ. Вообще говоря, при нормальном давлении температура кипения составляет 100 °C, а температура плавления – 0 °C (в случае льда). Это может сильно отличаться в случаях, когда вода имеет другие растворенные в ней вещества, жидкие или твердые, как в случае с морской водой, богатой солями, что изменяет ее физические и химические свойства
Влияние давления также очень заметно известно, что при 1 атм температура кипения воды составляет 100 ºC , но, доведя его до 0,06 атм, мы с удивлением обнаружим, что кипение происходит при 0 ºC (вместо замерзания)
Добавить комментарий