In questo articolo, rifletteremo sulla relazione tra il punto di ebollizione e la temperatura, esaminando le diverse condizioni.
Proprio come un punto di fusione, il punto di ebollizione del liquido è una temperatura acquisita dal liquido a causa dell'applicazione dell'energia termica fornita al liquido per trasformare la sua fase dallo stato liquido allo stato gassoso.
Punto di ebollizione e relazione di temperatura
La relazione tra il punto di ebollizione e la temperatura del liquido è data dall'equazione di Clausius – Clapeyron:-
Dove2 è una temperatura alla quale il liquido inizia a bollire
T1 è il punto di ebollizione del liquido
R è una costante del gas ideale che è pari a 8.314 J/mol K
P è un pressione di vapore di un liquido
P0 è una pressione corrispondente a T2
AHVAP è il calore di vaporizzazione di un liquido
L'equazione di Clausius – Clapeyron rappresenta la relazione tra la temperatura e le condizioni di pressione lungo la linea di equilibrio di fase.
Possiamo scrivere l'equazione per il punto di ebollizione dall'equazione sopra come
T1=1/t2-R ln P/P0 ΔHVAP -1
Secondo la quale, il punto di ebollizione di un liquido dipende direttamente dalla temperatura di un liquido.
Il calore di vaporizzazione è la quantità di energia termica necessaria per essere fornita a un volume unitario di liquido per convertirlo in vapore mantenendo costante la temperatura.
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Esempio: Calcolare il punto di ebollizione della miscela di sale con acqua mantenuta a pressione atmosferica. La temperatura di ebollizione della miscela è di 110 gradi Celsius e la pressione di vapore è di 4.24 atm. Il calore di vaporizzazione è di 3420 J/g.
Dato: T = 1100 C
R = 8.314 J/mol K
P = 4.24 atm
P0 = 1 atm
AHVAP=3420 J/gr
I punto di ebollizione del liquido è data dalla relazione
TB=1/T – R ln P/P0 AHVAP-1
DoveB è un punto di ebollizione della soluzione.
Inserendo tutti i valori nell'equazione sopra, abbiamo,
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
Questa è l'ebollizione della miscela di sale e acqua.
I il punto di ebollizione dipende dalla temperatura e dalla pressione e il calore di vaporizzazione del liquido. Ad altitudini più elevate, il tempo necessario per far bollire l'acqua è inferiore al normale tempo necessario per far bollire l'acqua, questo perché la pressione in alta montagna è maggiore e quindi l'acqua bolle a bassa temperatura.
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Punto di ebollizione e temperatura critica
All'aumentare dell'energia termica fornita al liquido, la temperatura del liquido aumenta. Questa energia termica è necessaria per la rottura dei legami covalenti tra gli atomi, essenziali per convertire la fase del liquido in gassosa.
Ad un certo punto la temperatura acquisita dal liquido è sufficiente per cambiarne la fase e si chiama temperatura critica. Durante questo tempo, la temperatura del liquido non aumenta ulteriormente e l'energia termica viene rilasciata insieme al vapore generato dall'ebollizione del liquido.
Per tutti i liquidi varia il punto di ebollizione e la temperatura critica. Ciò è dovuto al fatto che la composizione dell'elemento e quindi l'energia richiesta per la formazione di legami tra gli atomi varia, quindi la quantità di energia della varianza è necessaria per rompere i legami tra i diversi componenti chimici.
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Un semplice esempio che posso fare è far bollire il latte aggiungendovi un po' d'acqua. Quando la temperatura raggiunge i 1000 C, l'acqua presente nel contenitore del latte inizierà ad evaporare lasciando indietro il latte, e poi, dopo qualche tempo, il latte inizierà a bollire.
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Punto di ebollizione e temperatura di saturazione
La temperatura di saturazione è una temperatura finale al di sopra della quale la temperatura del liquido non può salire. In realtà è il punto di ebollizione del liquido, una temperatura alla quale si verifica il cambiamento di fase del liquido.
Dopo aver raggiunto la temperatura di saturazione, la temperatura del liquido non aumenta ulteriormente. Questo perché l'energia termica esterna fornita al liquido viene rilasciata nel processo di cambio di fase. Questa energia è colta dai vapori formati ed evaporati verso l'alto.
Sai che l'acqua inizia a bollire a 100 gradi Celsius e può aumentare ulteriormente la temperatura fino a 100.52 gradi Celsius. Questo aumento del punto di ebollizione dell'acqua è una temperatura di saturazione fino alla quale l'acqua può bollire. Allo stesso modo, la temperatura iniziale alla quale la benzina bolle è di 35 gradi Celsius o 950 F e la temperatura di ebollizione finale è 2000C o 3950F.
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Oltre la temperatura di saturazione, non vedrai un ulteriore aumento della temperatura di ebollizione del liquido, poiché l'energia termica sarà fornita alle molecole del liquido che prenderanno questa energia extra e la utilizzeranno per fuoriuscire dal liquido nella forma di vapori.
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Punto di ebollizione e temperatura di distillazione
Il processo di conversione del liquido nella forma di vapore e quindi di riportare i vapori allo stato liquido durante la condensazione è chiamato distillazione. La temperatura costante alla quale il liquido si trasforma in vapore e torna al liquido è chiamata temperatura di distillazione.
Questo è un metodo utilizzato per separare il liquido dalla miscela o per rimuovere le impurità dal liquido. Poiché l'energia termica acquisita dal liquido è sufficiente, la temperatura del liquido raggiunge il punto di ebollizione. D'ora in poi, il vapore viene generato sotto forma di vapori che vengono evaporati verticalmente verso l'alto. Questo vapore evaporato viene raccolto nel contenitore mantenuto ad una certa pressione tale che questi vapori si condensano per trasformarsi nello stato liquido.
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Avrete notato il vapore raccolto sul coperchio della padella durante la cottura di un curry. L'acqua aggiunta al curry viene distribuita sotto forma di vapore una volta che il la temperatura raggiunge il punto di ebollizione d'acqua. Il vapore raccolto sul coperchio ritorna quindi nel contenitore principale condensando nuovamente il vapore nell'acqua. Questo processo continua fino a quando la temperatura del curry non è sufficientemente alta da fornire l'energia termica alle molecole d'acqua per sfuggire al curry.
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Domande frequenti
Qual è la variazione del punto di ebollizione di 150 ml di acqua aggiungendo 25 grammi di sale ad una temperatura di 440C?
Supponiamo la densità dell'acqua alla temperatura 440C è 0.8 g/ml.
La costante di elevazione del punto di ebollizione per l'acqua è
kb= 0.570C
La massa atomica del sodio è 22.99
La massa atomica del cloro è 35.45
Quindi la massa atomica del NaCl è 22.99+35.45 = 58.44
Quindi, le moli di sale aggiunte all'acqua bollente sono
Moli di NaCl= 25 g*1 mole/58.44 g
Moli di NaCl= 0.4278 moli
Il peso dell'acqua alla temperatura T=440C è
Densità ϱ =M/V
Quindi, M= ϱV
M=0.8\volte 150=0.12kg
La molalità del soluto nel solvente è
m=moli di soluto/massa di solvente
m=0.4278/0.12=3.565 mol/kg
La variazione della temperatura del punto di ebollizione aggiungendo il sale all'acqua è data da
ΔT=ikbm
Dove i è un fattore di Van't Hoff definito come la quantità di dissociazione del soluto nel solvente. Qui, il soluto è un cloruro di sodio e l'acqua è un solvente. Quindi, due ioni di NaCl si dissoceranno nell'acqua e si dissolveranno completamente nell'acqua. Pertanto, il fattore Van't Hoff qui è 2.
Δ T=2*0.51*3.565=3.630C
Quindi, il punto di ebollizione dell'acqua sarà portato a 3.650C.
Il punto di ebollizione della miscela sarà 104.150C.
La presenza di impurità in un liquido ne aumenta il punto di ebollizione?
Questa è sicuramente la verità; le impurità presenti nel liquido aumentano la temperatura di ebollizione.
L'energia termica fornita al liquido viene assorbita dalle impurità presenti nel liquido aumentando così la temperatura necessaria per l'ebollizione del liquido.
Se aggiungi una soluzione 'X' avente una temperatura di 280 C alla soluzione bollente 'X' raggiunta ad una temperatura di 650 C, allora il punto di ebollizione della soluzione sarà diverso?
Il punto di ebollizione di ogni soluzione è sempre lo stesso e può variare solo se la pressione del liquido è diversa.
Aggiungendo la soluzione a calore ridotto rispetto alla soluzione bollente, l'energia termica sarà fornita alla soluzione aggiunta nel contenitore. Sarà necessaria una maggiore quantità di energia termica per raggiungere un punto di ebollizione, ma la temperatura del punto di ebollizione rimarrà la stessa.
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Ciao, sono Akshita Mapari. Ho fatto il M.Sc. in Fisica. Ho lavorato su progetti come la modellazione numerica dei venti e delle onde durante i cicloni, la fisica dei giocattoli e le macchine da brivido meccanizzate nei parchi di divertimento basati sulla meccanica classica. Ho seguito un corso su Arduino e ho realizzato alcuni mini progetti su Arduino UNO. Mi piace sempre esplorare nuove zone nel campo della scienza. Personalmente credo che l'apprendimento sia più entusiasmante quando appreso con creatività. Oltre a questo mi piace leggere, viaggiare, strimpellare la chitarra, individuare rocce e strati, fotografare e giocare a scacchi.