Ορισμός σημείου βρασμού, θερμοκρασία και παραδείγματα

Ο απλός ορισμός του σημείου βρασμού είναι ότι είναι η θερμοκρασία στην οποία βράζει ένα υγρό. Για παράδειγμα, το σημείο βρασμού του νερού στο επίπεδο της θάλασσας είναι 100 °C ή 212 °F. Ο επίσημος ορισμός στην επιστήμη είναι ότι το σημείο βρασμού είναι η θερμοκρασία όπου η τάση ατμών ενός υγρού ισούται με την τάση ατμών του περιβάλλοντός του. Σε αυτή τη θερμοκρασία, το υγρό μετατρέπεται σε φάση ατμού (αερίου).

Διαφορά μεταξύ βρασμού και εξάτμισης

Τόσο στον βρασμό όσο και στην εξάτμιση, ένα υγρό μετατρέπεται σε ατμό. Η διαφορά είναι ότι όλα του υγρού αρχίζει να μετατρέπεται σε ατμό στο σημείο βρασμού. Οι φυσαλίδες που βλέπετε να σχηματίζονται μέσα σε ένα βραστό υγρό είναι αυτός ο ατμός. Στην εξάτμιση, αντίθετα, μόνο υγρά μόρια στην επιφάνεια διαφεύγουν ως ατμός. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν υπάρχει αρκετή πίεση υγρού στη διεπιφάνεια για να συγκρατήσει αυτά τα μόρια. Η εξάτμιση συμβαίνει σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, αλλά είναι ταχύτερη σε υψηλότερες θερμοκρασίες και χαμηλότερες πιέσεις. Η εξάτμιση σταματά όταν το αέριο είναι κορεσμένο με ατμό. Για παράδειγμα, το νερό σταματά να εξατμίζεται όταν ο αέρας έχει 100% υγρασία.

Παράγοντες που επηρεάζουν το σημείο βρασμού

Το σημείο βρασμού δεν είναι σταθερή τιμή για μια ουσία. Ο κύριος παράγοντας από τον οποίο εξαρτάται είναι η πίεση. Για παράδειγμα, βλέπετε οδηγίες μαγειρέματος σε μεγάλο υψόμετρο στις συνταγές, επειδή το νερό βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία σε υψηλότερο υψόμετρο, όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλότερη. Εάν ρίξετε την πίεση σε μερικό κενό, το νερό βράζει σε θερμοκρασία δωματίου.

Ένας άλλος βασικός παράγοντας που επηρεάζει το σημείο βρασμού είναι η καθαρότητα. Οι προσμείξεις ή άλλα μη πτητικά μόρια σε ένα υγρό αυξάνουν το σημείο βρασμού του σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται ανύψωση του σημείου βρασμού. Οι ακαθαρσίες μειώνουν την τάση ατμών του υγρού και αυξάνουν τη θερμοκρασία στην οποία βράζει. Για παράδειγμα, η διάλυση λίγου αλατιού ή ζάχαρης στο νερό αυξάνει το σημείο βρασμού του. Η αύξηση της θερμοκρασίας εξαρτάται από το πόσο αλάτι ή ζάχαρη προσθέτετε.

Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση ατμών ενός υγρού, τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο βρασμού του. Επίσης, οι ενώσεις με ιοντικούς δεσμούς τείνουν να έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τις ενώσεις με ομοιοπολικούς δεσμούς, με μεγαλύτερες ομοιοπολικές ενώσεις να έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τα μικρότερα μόρια. Οι πολικές ενώσεις έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τα μη πολικά μόρια, υποθέτοντας ότι άλλοι παράγοντες είναι ίσοι. Το σχήμα ενός μορίου επηρεάζει ελαφρώς το σημείο βρασμού του. Τα συμπαγή μόρια τείνουν να έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τα μόρια με μεγάλη επιφάνεια.

Κανονικό σημείο βρασμού έναντι τυπικού σημείου βρασμού

Οι δύο κύριοι τύποι σημείων βρασμού είναι το κανονικό σημείο βρασμού και το τυπικό σημείο βρασμού. Το κανονικό σημείο βρασμού ή το σημείο βρασμού της ατμόσφαιρας είναι το σημείο βρασμού σε 1 ατμόσφαιρα πίεσης ή στο επίπεδο της θάλασσας. Το τυπικό σημείο βρασμού , όπως ορίστηκε από την IUPAC το 1982, είναι η θερμοκρασία στην οποία εμφανίζεται ο βρασμός όταν η πίεση είναι 1 bar. Το τυπικό σημείο βρασμού του νερού είναι 99,61 °C σε 1 bar πίεσης.

Σημεία βρασμού των στοιχείων

Αυτός ο περιοδικός πίνακας δείχνει τις κανονικές τιμές σημείου βρασμού των χημικών στοιχείων. Το ήλιο είναι το στοιχείο με το χαμηλότερο σημείο βρασμού (4,222 K, −268,928 °C, ​−452,070 °F). Το ρήνιο (5903 K, 5630 °C, ​10.170 °F) και το βολφράμιο (6203 K, 5930 °C, ​10706 °F) έχουν εξαιρετικά υψηλά σημεία βρασμού. Οι ακριβείς συνθήκες καθορίζουν ποιο από αυτά τα δύο στοιχεία έχει το υψηλότερο σημείο βρασμού. Σε τυπική ατμοσφαιρική πίεση, το βολφράμιο είναι το στοιχείο με το υψηλότερο σημείο βρασμού.

Αναφορές

• Cox, J. D. (1982). «Σημείωση για καταστάσεις και διεργασίες, σημασία της λέξης πρότυπο στη χημική θερμοδυναμική και παρατηρήσεις σχετικά με τις συνήθεις πινακοποιημένες μορφές θερμοδυναμικών συναρτήσεων». Καθαρή και Εφαρμοσμένη Χημεία . 54 (6):1239–1250. doi:10.1351/pac198254061239
• DeVoe, Howard (2000). Θερμοδυναμική και Χημεία (1η έκδ.). Prentice-Hall. ISBN 0-02-328741-1.
• Goldberg, David E. (1988). 3.000 λυμένα προβλήματα στη χημεία (1η έκδ.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-023684-4.
• Perry, R.H.; Green, D.W., eds. (1997). Εγχειρίδιο Perry's Chemical Engineers' Handbook (7η έκδ.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049841-5.