ТОЧКА КИПІННЯ: КОНЦЕПЦІЯ, РОЗРАХУНОК ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ

Температура кипіння - це температура, при якій тиск пари рідини дорівнює атмосферному тиску в приміщенні чи відділенні. Рідина перетворюється на пари. Під час цієї фази з’являються бульбашки, які піднімаються у бік поверхні рідини і виходять у повітря.

З іншого боку, нормальна або стандартна температура кипіння - це температура, при якій на рівні моря кипить рідина; тобто при одній атмосфері тиску (101,325 кПа). Тим часом IUPAC (1982) визначає температуру кипіння як температуру, при якій кипить рідина при тиску 100 000 кПа.

Всі рідини почнуть кипіти, коли їх тиск пари дорівнює зовнішньому тиску. Джерело: Ervins Strauhmanis через Flickr (https://www.flickr.com/photos/ervins_strauhmanis/18775075796)

Нормальна температура кипіння води - 99,97ºC. Але на вершині гори Еверест, на висоті над рівнем моря 8 848 м та атмосферним тиском 34 кПа, це 71 ºC. Стандартна температура кипіння IUPAC становить 99,61ºC при тиску 100 кПа (1 бар).

З вищевикладеного випливає, що атмосферний тиск є визначальним фактором значення температури кипіння, оскільки саме кипляча рідина повинна досягати кипіння. Чим вище атмосферний тиск, яким піддається рідина, тим вище температура кипіння. Справедливе і протилежне.

Як розрахувати температуру кипіння?

Беручи воду як приклад, простий спосіб обчислити значення температури кипіння - за допомогою одного з її колізійних властивостей; тобто збільшення його температури кипіння за рахунок присутності розчинних речовин у водному розчині.

Температура кипіння води збільшується при додаванні розчинних речовин внаслідок взаємодії між молекулами води та молекулами розчиненого речовини.

Збільшення температури кипіння води дається таким математичним виразом:

ΔT _e = K _e m

ΔT _e = зміна температури кипіння

K _e = константа кипіння

Перший крок

Розрахунок молей NaCl:

молей NaCl = 30 г / (58,5 г / моль)

= 0,513 молей

Другий крок

Розрахунок молярності розчину:

0,513 молей NaCl розчиняють у 300 г води. Для отримання молярності розчину молі NaCl доводяться до 1000 г (кг).

Молі розчинених речовин / кг води (молалітність) = (0,513 молей / 300 г води) · (1000 г води / кг води)

= 1,71 моль / кг води

Третій крок

Розрахунок підвищення температури кипіння за рахунок додавання NaCl:

ΔT _e = mK _e

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

= 0,889 ºC

Четвертий крок

Розрахунок температури кипіння розчину NaCl:

T _e NaCl = T _e H ₂ O + ΔTe

= 100 ºC + 0,889 ºC

= 100,889 ºC

Приклади точок кипіння

Вода

Нормальна температура кипіння води - 99,97ºC. Ця величина є відносно високою, враховуючи малі розміри її молекули. Однак це пояснюється його незвичайною полярністю та здатністю встановлювати водневі зв’язки із сусідніми або спорідненими молекулами.

Атом кисню має більшу спорідненість до електронів, ніж атом водню. Тому електрони ковалентного зв’язку ОН рухаються до кисню, залишаючи його негативно зарядженим; при цьому атом водню, позитивно заряджений.

Як наслідок цього, молекули води - це диполі, які можуть взаємодіяти з іншими молекулами води, утворюючи міжмолекулярну силу, що сприяє збільшенню температури кипіння. Крім того, вода використовує атом кисню для утворення водневих зв’язків з іншими молекулами води (H ₂ O-HOH).

Алкоголь

Спирти мають у своєму складі групи ОН. Ці групи полярні, що породжує диполь-дипольну взаємодію між подібними молекулами. Спирти також можуть утворювати водневі зв’язки. Ці дві взаємодії представляють основний внесок у міжмолекулярні сили.

Ці сили пояснюють, чому температура кипіння спиртів вище, ніж у відповідних вуглеводнів. Основними факторами, які визначають точки кипіння в спиртах, є молекулярна маса та її структура.

Температура кипіння збільшується зі збільшенням кількості атомів вуглецю і зменшується з розгалуженням. Наприклад: етанол має температуру кипіння 78,37ºC, але метанол має температуру кипіння 66ºC, а ізопропіловий спирт має температуру кипіння 80,3ºC.

Масла

Масла розкладаються нагріванням до досягнення температури кипіння або кипіння, тому оцінки їх температури кипіння дефіцитні та неточні. Орієнтовна температура кипіння для соєвої олії - 300ºC.

Замість точок кипіння повідомляється про місця диму чи спалювання. Це досягається нагріванням олії до певної температури, при якій з’являється синюватий дим, що свідчить про початок розкладання олії.

Нижче наведено приклади точки диму деяких масел: мигдальне масло 221ºC; реп’яхове масло 220 ° С; кокосове масло 232 ° С; та оливкова олія (незаймана) 210 ºC.

Золото

Золото - це дорогоцінний метал щільністю 19,32 г / см ³ . Він має високу температуру кипіння, завдяки наявності металевого зв’язку. Однак існують розбіжності між значеннями, які повідомляються про температуру кипіння, які, можливо, відображають різницю в ступеня чистоти зразків золота, що піддаються дослідженню.

Молоко

Молоко - водний розчин, в якому представлені розчинники різної природи та складу; солі, цукру, білки, ліпіди, амінокислоти тощо. Температура кипіння молока трохи вище, ніж у води, завдяки подібності цих сполук з водою, що ускладнює її випаровування.

Цукор

Температура плавлення глюкози 146ºC, яка збігається з точкою розпаду глюкози. Тому ви не можете отримати його температуру кипіння. Така ж ситуація має місце і з сахарозою, столовим цукром, який має температуру плавлення 186ºC та температуру розкладання 186ºC.

Температура плавлення - це температура, при якій елемент або хімічна сполука переходить з твердого в рідкий стан. Тому, коли цукор розкладається, немає стійкої рідини для визначення його температури кипіння.

Залізо

Температура кипіння заліза - 2861 ºC. Це високе значення пояснюється великою кількістю енергії, необхідної для подолання привабливої сили між атомами металу. Крім того, численні електростатичні сили потребують подолання за рахунок металевої структури металу.

Список літератури

Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
Вікіпедія. (2020). Точка кипіння. Відновлено з: en.wikipedia.org
Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (11 лютого 2020 р.). Визначення точки кипіння в хімії. Відновлено з: thinkco.com
Cedrón J .; Landa V. & Robles J. (2011). Міжмолекулярні сили. Загальна хімія. Відновлено з: corinto.pucp.edu.pe
Самуель Бельчер. (sf). Золото. Відновлено з: chemistry.pomona.edu
Дон Улін. (17 грудня 2010 р.). Що таке точка кипіння цукерок? Відновлено: indianapublicmedia.org
Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (11 лютого 2020 р.). Що таке точка кипіння молока? Відновлено з: thinkco.com

ТОЧКА КИПІННЯ: КОНЦЕПЦІЯ, РОЗРАХУНОК ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2026