W tym artykule zastanowimy się nad zależnością między temperaturą wrzenia a temperaturą, biorąc pod uwagę różne warunki.
Podobnie jak temperatura topnienia, temperatura wrzenia cieczy jest temperaturą uzyskaną przez ciecz w wyniku zastosowania energii cieplnej dostarczanej do cieczy w celu przekształcenia jej fazy ze stanu ciekłego w stan gazowy.
Zależność temperatury wrzenia i temperatury
Zależność między temperaturą wrzenia a temperaturą cieczy wyraża równanie Clausiusa – Clapeyrona:-
Gdzie t2 to temperatura, w której ciecz zaczyna wrzeć
T1 to temperatura wrzenia cieczy
R jest idealną stałą gazu równą 8.314 J/mol K
P jest prężność pary cieczy
P0 jest ciśnieniem odpowiadającym T2
Hvap jest ciepłem parowania cieczy
Równanie Clausiusa – Clapeyrona przedstawia zależność między warunkami temperatury i ciśnienia wzdłuż linii równowagi fazowej.
Możemy zapisać równanie temperatury wrzenia z powyższego równania jako
T1=1/T2-R ln P/P0 ΔHvap -1
Zgodnie z którym temperatura wrzenia cieczy jest bezpośrednio zależna od temperatury cieczy.
Ciepło parowania to ilość energii cieplnej potrzebna do dostarczenia do jednostki objętości cieczy w celu przekształcenia jej w parę utrzymującą stałą temperaturę.
Czytaj więcej na 15+ Przykład energii promieniowania na energię cieplną: szczegółowe wyjaśnienia.
Przykład: Oblicz temperaturę wrzenia mieszaniny soli z wodą utrzymywaną pod ciśnieniem atmosferycznym. Temperatura wrzenia mieszaniny wynosi 110 stopni Celsjusza, a prężność pary 4.24 atm. Ciepło parowania wynosi 3420 J/g.
Dany: T = 1100 C
R = 8.314 J/mol K
P = 4.24 atm
P0 = 1 atm
Hvap=3420 J/g
Połączenia temperatura wrzenia cieczy jest dana przez zależność
TB=1/T – R ln P/P0 Hvap-1
Gdzie tB to temperatura wrzenia roztworu.
Wstawiając wszystkie wartości do powyższego równania, mamy,
TB=1/110 – 8.314 ln 4.24/1 3420 -1
=1/110-8.314*1.445 * 3420-1
=9.09-3.51 * 10-3-1
=(5.58 * 10-3 )-1
= 103 * 5.58
= 179.21 C
To gotowanie mieszaniny soli i wody.
Połączenia temperatura wrzenia zależy od temperatury i ciśnienia oraz ciepło parowania cieczy. Na większych wysokościach czas potrzebny do zagotowania wody jest krótszy niż zwykle potrzebny do zagotowania wody, ponieważ ciśnienie w obszarach wysokogórskich jest większe, a zatem woda wrze w niskiej temperaturze.
Czytaj więcej na Ponad 20 krytycznych przykładów parowania w życiu codziennym z wyjaśnieniami, często zadawane pytania.
Temperatura wrzenia i temperatura krytyczna
Wraz ze wzrostem energii cieplnej dostarczanej do cieczy temperatura cieczy wzrasta. Ta energia cieplna jest wymagana do rozerwania wiązań kowalencyjnych między atomami, które są niezbędne do przekształcenia fazy ciekłej w gazową.
W pewnym momencie temperatura mierzona przez ciecz wystarcza do zmiany jej fazy nazywamy temperaturą krytyczną. W tym czasie temperatura cieczy nie wzrasta dalej, a energia cieplna jest uwalniana wraz z parą wytwarzaną podczas gotowania cieczy.
Dla wszystkich cieczy temperatura wrzenia i temperatura krytyczna są różne. Wynika to z faktu, że składowość pierwiastków, a tym samym energia wymagana do tworzenia wiązań między atomami, jest różna, stąd ilość wariancji energii jest wymagana do zerwania wiązań między różnymi składnikami chemicznymi.
Kredytowych Image: Pixabay
Prostym przykładem, który mogę podać, jest gotowanie mleka dodając do niego trochę wody. Gdy temperatura osiągnie 1000 C, woda w pojemniku na mleko zacznie parować, pozostawiając mleko, a później po pewnym czasie mleko zacznie się gotować.
Czytaj więcej na 25+ przykładów tarcia płynu: spostrzeżenia i krytyczne często zadawane pytania.
Temperatura wrzenia i temperatura nasycenia
Temperatura nasycenia to temperatura końcowa, powyżej której temperatura cieczy nie może wzrosnąć. W rzeczywistości jest to temperatura wrzenia cieczy, temperatura, w której zachodzi przemiana fazowa cieczy.
Po osiągnięciu temperatury nasycenia temperatura cieczy nie wzrasta dalej. Dzieje się tak, ponieważ zewnętrzna energia cieplna dostarczana do cieczy jest oddawana w procesie zmiany fazy. Ta energia jest wychwytywana przez powstałe opary i odparowuje w górę.
Wiesz, że woda zaczyna wrzeć przy 100 stopniach Celsjusza i może jeszcze bardziej podnieść temperaturę do 100.52 stopnia Celsjusza. Ten wzrost temperatury wrzenia wody jest temperaturą nasycenia, do której woda może wrzeć. Podobnie początkowa temperatura wrzenia benzyny wynosi 35 stopni Celsjusza lub 950 F, a końcowa temperatura wrzenia wynosi 2000C lub 3950F.
Kredytowych Image: Pixabay
Poza temperaturą nasycenia nie zaobserwujesz dalszego wzrostu temperatury wrzenia cieczy, ponieważ energia cieplna zostanie dostarczona do cząsteczek cieczy, które przyjmą tę dodatkową energię i wykorzystają do ucieczki z cieczy w postaci oparów.
Czytaj więcej na Przykłady przekazywania ciepła przez promieniowanie: krytyczne fakty.
Temperatura wrzenia i temperatura destylacji
Proces przekształcania cieczy w postać pary, a następnie przywracania par z powrotem do stanu ciekłego po kondensacji nazywa się destylacją. Stała temperatura, w której ciecz zamienia się w parę iz powrotem do cieczy, nazywana jest temperaturą destylacji.
Jest to metoda stosowana do oddzielenia cieczy od mieszaniny lub usunięcia zanieczyszczeń z cieczy. Ponieważ energia cieplna pozyskiwana przez ciecz jest wystarczająca, temperatura cieczy osiąga punkt wrzenia. Odtąd para wytwarzana jest w postaci par, które odparowują pionowo w górę. Ta odparowana para wodna jest gromadzona w pojemniku utrzymywanym pod pewnym ciśnieniem, tak że pary te ulegają kondensacji i przechodzą w stan ciekły.
Kredytowych Image: Pixabay
Musiałeś zauważyć, że podczas gotowania curry na pokrywce garnka zbierała się para. Woda dodana do curry jest wydawana w postaci pary po temperatura osiąga punkt wrzenia Z wody. Para gromadząca się na pokrywie powraca następnie z powrotem do głównego pojemnika poprzez ponowne skondensowanie pary w wodzie. Proces ten trwa, dopóki temperatura curry nie będzie wystarczająco wysoka, aby dostarczyć energię cieplną do cząsteczek wody, aby uciec z curry.
Czytaj więcej na Jak ciepło jest przenoszone przez promieniowanie: wyczerpujące wyjaśnienie.
Często Zadawane Pytania
Jaka jest zmiana temperatury wrzenia 150ml wody po dodaniu do niej 25 gram soli o temperaturze 440C?
Załóżmy, że gęstość wody w temperaturze 440C wynosi 0.8 g/ml.
Stała wysokości temperatury wrzenia wody wynosi
kb= 0.570C
Masa atomowa sodu wynosi 22.99
Masa atomowa chloru wynosi 35.45
Stąd masa atomowa NaCl wynosi 22.99+35.45 = 58.44
W związku z tym moli soli dodanych do wrzącej wody jest
Mole NaCl = 25g*1mol/58.44g
Moli NaCl = 0.4278 mola
Waga wody o temperaturze T=440C jest
Gęstość ϱ =M/V
Stąd M= ϱV
M=0.8\razy 150=0.12kg
Molalność substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku wynosi
m=mole substancji rozpuszczonej/masa rozpuszczalnika
m=0.4278/0.12=3.565 mol/kg
Zmiana temperatury wrzenia po dodaniu soli do wody wyraża się wzorem
Δ T=ikbm
Gdzie i jest współczynnikiem Van't Hoffa, który jest zdefiniowany jako stopień dysocjacji substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Tutaj substancja rozpuszczona jest chlorkiem sodu, a woda jest rozpuszczalnikiem. Stąd dwa jony z NaCl będą dysocjować w wodzie i całkowicie się w niej rozpuszczą. Dlatego współczynnik Van't Hoffa wynosi tutaj 2.
ΔT=2*0.51*3.565=3.630C
Stąd temperatura wrzenia wody zostanie podniesiona do 3.650C.
Temperatura wrzenia mieszaniny wyniesie 104.150C.
Czy obecność zanieczyszczeń w cieczy podwyższa jej temperaturę wrzenia?
To jest zdecydowanie prawda; zanieczyszczenia obecne w cieczy podwyższają temperaturę wrzenia.
Energia cieplna dostarczona do cieczy jest pochłaniana przez zanieczyszczenia obecne w cieczy, zwiększając w ten sposób temperaturę wymaganą do wrzenia cieczy.
Jeśli dodasz roztwór „X” o temperaturze 280 C do wrzącego roztworu „X” osiągniętego w temperaturze 650 C, to czy temperatura wrzenia roztworu będzie się różnić?
Temperatura wrzenia każdego roztworu jest zawsze taka sama i może się zmieniać tylko wtedy, gdy ciśnienie cieczy jest inne.
Po dodaniu roztworu mającego mniejsze ciepło niż roztwór wrzący, energia cieplna zostanie dostarczona do dodawanego roztworu w pojemniku. Do osiągnięcia temperatury wrzenia potrzeba więcej energii cieplnej, ale temperatura wrzenia pozostanie taka sama.
Przeczytaj także:
- Temperatura topnienia i temperatura
- Czy punkt rosy wzrasta wraz z temperaturą
- Jak obliczyć gęstość w różnych temperaturach
- Czy temperatura jest rozległą właściwością
- Dyfuzja i temperatura
- Czy temperatura jest właściwością fizyczną?
Cześć, jestem Akshita Mapari. Zrobiłem mgr. w fizyce. Pracowałem przy projektach takich jak Modelowanie numeryczne wiatrów i fal podczas cyklonu, Fizyka zabawek i zmechanizowanych maszyn dreszczowych w parkach rozrywki w oparciu o mechanikę klasyczną. Ukończyłem kurs na Arduino i zrealizowałem kilka mini projektów na Arduino UNO. Zawsze lubię odkrywać nowe obszary w dziedzinie nauki. Osobiście uważam, że nauka jest bardziej entuzjastyczna, gdy uczy się ją kreatywnie. Poza tym lubię czytać, podróżować, brzdąkać na gitarze, identyfikować skały i warstwy, fotografować i grać w szachy.
