TEMPERATURA WRZENIA: KONCEPCJA, OBLICZENIA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Temperatura wrzenia to temperatura, w której ciśnienie pary cieczy jest równe ciśnieniu atmosferycznemu w pomieszczeniu lub przedziale. Ciecz zamienia się w parę. Podczas tej fazy pojawiają się bąbelki, które unoszą się w kierunku powierzchni cieczy i uciekają do powietrza.

Z drugiej strony, normalna lub standardowa temperatura wrzenia to temperatura, w której ciecz wrze na poziomie morza; to znaczy pod ciśnieniem jednej atmosfery (101,325 kPa). Tymczasem IUPAC (1982) definiuje temperaturę wrzenia jako temperaturę, w której ciecz wrze pod ciśnieniem 100 000 kPa.

Wszystkie płyny zaczną wrzeć, gdy ich prężność par będzie równa ciśnieniu zewnętrznemu. Źródło: Ervins Strauhmanis przez Flickr (https://www.flickr.com/photos/ervins_strauhmanis/18775075796)

Normalna temperatura wrzenia wody wynosi 99,97ºC. Ale na szczycie Mount Everest, na wysokości 8848 m npm i ciśnieniu atmosferycznym 34 kPa, temperatura ta wynosi 71 ºC. Zalecana przez IUPAC standardowa temperatura wrzenia to 99,61ºC przy ciśnieniu 100,00 kPa (1 bar).

Z powyższego wynika, że ​​ciśnienie atmosferyczne jest czynnikiem decydującym o wartości temperatury wrzenia, ponieważ jest to ciśnienie, które musi osiągnąć ciecz, aby wrzeć. Im wyższe ciśnienie atmosferyczne, na które ciecz jest narażona, tym wyższa jest jej temperatura wrzenia. Jest też odwrotnie.

Jak obliczyć temperaturę wrzenia?

Biorąc na przykład wodę, prostym sposobem obliczenia wartości temperatury wrzenia jest użycie jednej z jej właściwości koligatywnych; to znaczy wzrost jego temperatury wrzenia z powodu obecności substancji rozpuszczonych w roztworze wodnym.

Temperatura wrzenia wody wzrasta wraz z dodaniem substancji rozpuszczonych w wyniku interakcji między cząsteczkami wody i cząsteczkami substancji rozpuszczonej.

Wzrost temperatury wrzenia wody wyraża się następującym wyrażeniem matematycznym:

ΔT _e = K _e m

ΔT _e = zmiana temperatury wrzenia

K _e = stała wrzenia

Pierwszy krok

Obliczanie moli NaCl:

liczba moli NaCl = 30 g / (58,5 g / mol)

= 0,513 mola

Drugi krok

Obliczanie molalności rozwiązania:

0,513 mola NaCl rozpuszcza się w 300 g wody. Aby uzyskać molalność roztworu, mole NaCl doprowadza się do 1000 g (kg).

Liczba moli substancji rozpuszczonych / kg wody (molalność) = (0,513 mola / 300 g wody) · (1000 g wody / kg wody)

= 1,71 mola / kg wody

Trzeci krok

Obliczenie wzrostu temperatury wrzenia w wyniku dodania NaCl:

ΔT _e = mK _e

ΔT _e = 1,71 (mol / kg wody) · 0,52 ºC · (kg wody / mol)

= 0,889 ºC

Czwarty krok

Obliczanie temperatury wrzenia roztworu NaCl:

T _e NaCl = T _e H ₂ O + ΔTe

= 100 ºC + 0,889 ºC

= 100,889 ° C

Przykłady punktów wrzenia

woda

Normalna temperatura wrzenia wody wynosi 99,97ºC. Ta wartość jest stosunkowo wysoka, biorąc pod uwagę mały rozmiar jego cząsteczki. Jednak tłumaczy się to niezwykłą biegunowością i zdolnością do tworzenia wiązań wodorowych z sąsiednimi lub pokrewnymi cząsteczkami.

Atom tlenu ma większe powinowactwo do elektronów niż atom wodoru. Dlatego elektrony wiązania kowalencyjnego OH przemieszczają się w kierunku tlenu, pozostawiając go ujemnie naładowany; podczas gdy atom wodoru naładowany dodatnio.

W konsekwencji cząsteczki wody są dipolami, które mogą oddziaływać z innymi cząsteczkami wody, tworząc siłę międzycząsteczkową, która przyczynia się do podwyższenia temperatury wrzenia. Ponadto woda wykorzystuje atom tlenu do tworzenia wiązań wodorowych z innymi cząsteczkami wody (H ₂ O-HOH).

Alkohol

Alkohole mają w swojej strukturze grupy OH. Grupy te są polarne, co powoduje oddziaływanie dipol-dipol między podobnymi cząsteczkami. Alkohole mogą również tworzyć wiązania wodorowe. Te dwie interakcje stanowią główny wkład w siły międzycząsteczkowe.

Siły te wyjaśniają, dlaczego temperatury wrzenia alkoholi są wyższe niż odpowiadających im węglowodorów. Głównymi czynnikami decydującymi o temperaturze wrzenia alkoholi jest masa cząsteczkowa i jej struktura.

Temperatura wrzenia rośnie wraz ze wzrostem liczby atomów węgla i spada wraz z rozgałęzieniami. Na przykład: etanol ma temperaturę wrzenia 78,37ºC, ale metanol ma temperaturę wrzenia 66ºC, a alkohol izopropylowy ma temperaturę wrzenia 80,3ºC.

Obrazy olejne

Oleje rozkładają się przez ogrzewanie przed osiągnięciem temperatury wrzenia lub wrzenia, więc szacunki ich temperatury wrzenia są skąpe i nieprecyzyjne. Szacunkowa temperatura wrzenia oleju sojowego wynosi 300ºC.

Zamiast punktów wrzenia zgłaszane są jego punkty dymienia lub palenia. Osiąga się to poprzez podgrzanie oleju do określonej temperatury, przy której pojawia się niebieskawy dym wskazujący na początek rozkładu oleju.

Poniżej podano przykłady punktu dymienia niektórych olejów: olej migdałowy 221ºC; olej rzepakowy 220 ° C; olej kokosowy 232 ° C; i oliwa z oliwek (dziewicza) 210 ºC.

Złoto

Złoto to metal szlachetny o gęstości 19,32 g / cm ³ . Ma wysoką temperaturę wrzenia ze względu na obecność spoiwa metalicznego. Jednak istnieją rozbieżności między wartościami podanymi dla jego temperatury wrzenia, które być może odzwierciedlają różnice w stopniu czystości próbek złota poddanych badaniu.

mleko

Mleko to wodny roztwór zawierający substancje rozpuszczone o różnym charakterze i składzie; sole, cukry, białka, lipidy, aminokwasy itp. Temperatura wrzenia mleka jest nieco wyższa niż wody, ze względu na powinowactwo tych związków do wody, co utrudnia jej odparowanie.

Cukier

Glukoza ma temperaturę topnienia 146ºC, która pokrywa się z temperaturą rozkładu glukozy. Dlatego nie można uzyskać jego punktu wrzenia. Ta sama sytuacja ma miejsce w przypadku sacharozy, cukru stołowego, którego temperatura topnienia wynosi 186ºC, a rozkładu 186ºC.

Temperatura topnienia to temperatura, w której pierwiastek lub związek chemiczny przechodzi ze stanu stałego do stanu ciekłego. Dlatego, gdy cukier się rozkłada, nie ma stabilnej cieczy do określenia jego temperatury wrzenia.

Żelazo

Temperatura wrzenia żelaza wynosi 2861 ºC. Tę wysoką wartość tłumaczy duża ilość energii potrzebnej do pokonania siły przyciągania między atomami metalu. Ponadto należy pokonać liczne siły elektrostatyczne ze względu na siatkową strukturę metalu.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2020). Temperatura wrzenia. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 lutego 2020). Definicja punktu wrzenia w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
4. Cedrón J.; Landa V. i Robles J. (2011). Siły międzycząsteczkowe. Chemia ogólna. Odzyskany z: corinto.pucp.edu.pe
5. Samuel Belcher. (sf). Złoto. Odzyskany z: chemistry.pomona.edu
6. Don Ulin. (17 grudnia 2010). Jaka jest temperatura wrzenia cukierków? Odzyskane z: indianapublicmedia.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 lutego 2020). Jaka jest temperatura wrzenia mleka? Odzyskany z: thinkco.com