จุดเดือด: แนวคิดการคำนวณและตัวอย่าง - เคมี

จุดเดือดคืออุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันบรรยากาศในห้องพักหรือช่อง ของเหลวเปลี่ยนเป็นไอ ในช่วงนี้ฟองอากาศจะปรากฏขึ้นสู่พื้นผิวของของเหลวและหนีไปในอากาศ

ในทางกลับกันจุดเดือดปกติหรือมาตรฐานคืออุณหภูมิที่ของเหลวเดือดที่ระดับน้ำทะเล นั่นคือที่บรรยากาศแห่งความกดดันหนึ่ง (101.325 kPa) ในขณะเดียวกัน IUPAC (1982) กำหนดจุดเดือดเป็นอุณหภูมิที่ของเหลวเดือดที่ความดัน 100,000 kPa

ของเหลวทั้งหมดจะเริ่มเดือดเนื่องจากความดันไอเท่ากับความดันภายนอก ที่มา: Ervins Strauhmanis ผ่าน Flickr (https://www.flickr.com/photos/ervins_strauhmanis/18775075796)

จุดเดือดของน้ำปกติคือ99.97ºC แต่ที่ยอดเขาเอเวอเรสต์ที่ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล 8,848 เมตรและความดันบรรยากาศ 34 กิโลปาสคาลเท่ากับ 71 ºC จุดเดือดมาตรฐานที่แนะนำของ IUPAC คือ99.61ºCที่ความดัน 100.00 kPa (1 บาร์)

จากที่กล่าวมาความดันบรรยากาศเป็นปัจจัยกำหนดค่าของจุดเดือดเนื่องจากเป็นความดันที่ของเหลวจะต้องเดือด ยิ่งของเหลวสัมผัสกับความดันบรรยากาศสูงเท่าใดจุดเดือดก็จะยิ่งสูงขึ้น ตรงข้ามยังเป็นจริง

วิธีการคำนวณจุดเดือด?

การใช้น้ำเป็นตัวอย่างวิธีง่ายๆในการคำนวณค่าของจุดเดือดคือการใช้คุณสมบัติเชิงเปรียบเทียบอย่างใดอย่างหนึ่ง นั่นคือการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดเนื่องจากมีตัวถูกละลายอยู่ในสารละลายในน้ำ

จุดเดือดของน้ำจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมตัวถูกละลายเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของน้ำและโมเลกุลของตัวถูกละลาย

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของน้ำจะได้รับจากนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้:

ΔT _e = K _e m

ΔT _e = การแปรผันของจุดเดือด

K _e = ค่าคงที่ของการเดือด

ขั้นแรก

การคำนวณโมลของ NaCl:

โมลของ NaCl = 30 g / (58.5 g / mol)

= 0.513 โมล

ขั้นตอนที่สอง

การคำนวณโมลาลิตี้ของสารละลาย:

NaCl 0.513 โมลละลายในน้ำ 300 กรัม เพื่อให้ได้โมลาลิตี้ของสารละลายโมลของ NaCl จะถูกนำมาที่ 1,000 กรัม (กก.)

โมลของตัวถูกละลาย / กก. ของน้ำ (โมลาลิตี้) = (0.513 โมล / น้ำ 300 กรัม) · (น้ำ 1,000 กรัม / กิโลกรัมน้ำ)

= 1.71 โมลต่อน้ำกก

ขั้นตอนที่สาม

การคำนวณการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดเนื่องจากการเพิ่ม NaCl:

ΔT _e = mK _e

ΔT _e = 1.71 (mol / kg ของน้ำ) · 0.52 ºC· (kg ของน้ำ / mol)

= 0.889 ºC

ขั้นตอนที่สี่

การคำนวณจุดเดือดของสารละลาย NaCl:

T _e NaCl = T _e H ₂ O + ΔTe

= 100 ºC + 0.889 ºC

= 100.889 ºC

ตัวอย่างของจุดเดือด

น้ำ

จุดเดือดของน้ำปกติคือ99.97ºC ค่านี้ค่อนข้างสูงเนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตามมันอธิบายได้จากขั้วที่ผิดปกติและความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลข้างเคียงหรือที่เกี่ยวข้องกัน

อะตอมของออกซิเจนมีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนสูงกว่าอะตอมของไฮโดรเจน ดังนั้นอิเล็กตรอนของพันธะโคเวเลนต์ OH จึงเคลื่อนที่เข้าหาออกซิเจนทำให้มันมีประจุลบ ในขณะที่อะตอมของไฮโดรเจนมีประจุบวก

ด้วยเหตุนี้โมเลกุลของน้ำจึงเป็นไดโพลที่สามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำอื่น ๆ ซึ่งก่อให้เกิดแรงระหว่างโมเลกุลที่ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด นอกจากนี้น้ำยังใช้อะตอมของออกซิเจนเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำอื่น ๆ (H ₂ O-HOH)

แอลกอฮอล์

แอลกอฮอล์มีหมู่ OH ในโครงสร้าง กลุ่มเหล่านี้เป็นขั้วซึ่งสร้างปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไดโพลระหว่างโมเลกุลที่คล้ายกัน แอลกอฮอล์ยังสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ ปฏิสัมพันธ์ทั้งสองนี้แสดงถึงการมีส่วนร่วมหลักของกองกำลังระหว่างโมเลกุล

แรงเหล่านี้อธิบายว่าเหตุใดจุดเดือดของแอลกอฮอล์จึงสูงกว่าไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้อง ปัจจัยหลักที่กำหนดจุดเดือดในแอลกอฮอล์คือมวลโมเลกุลและโครงสร้างของมัน

จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนอะตอมของคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นและลดลงตามการแตกแขนง ตัวอย่างเช่นเอทานอลมีจุดเดือด78.37ºC แต่เมทานอลมีจุดเดือด66ºCและไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์มีจุดเดือด80.3ºC

น้ำมัน

น้ำมันจะสลายตัวเมื่อได้รับความร้อนก่อนที่จะถึงจุดเดือดหรือจุดเดือดดังนั้นการประมาณจุดเดือดจึงน้อยและไม่ชัดเจน จุดเดือดโดยประมาณของน้ำมันถั่วเหลืองคือ300ºC

แทนที่จะเป็นจุดเดือดจะมีรายงานควันหรือจุดไหม้ สิ่งเหล่านี้ทำได้โดยการทำให้น้ำมันร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่งซึ่งมีควันสีน้ำเงินปรากฏขึ้นซึ่งบ่งบอกถึงจุดเริ่มต้นของการสลายตัวของน้ำมัน

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างจุดควันของน้ำมันบางชนิด: น้ำมันอัลมอนด์221ºC; น้ำมันคาโนลา 220 ° C; น้ำมันมะพร้าว 232 ° C; และน้ำมันมะกอก (บริสุทธิ์) 210 ºC.

ทอง

ทองเป็นโลหะมีค่าที่มีความหนาแน่นของ 19.32 กรัม / ซม3มีจุดเดือดสูงเนื่องจากมีพันธะโลหะ อย่างไรก็ตามมีความคลาดเคลื่อนระหว่างค่าที่รายงานสำหรับจุดเดือดซึ่งอาจสะท้อนถึงความแตกต่างในระดับความบริสุทธิ์ของตัวอย่างทองคำที่อยู่ภายใต้การศึกษา

นม

นมเป็นสารละลายที่นำเสนอตัวถูกละลายในลักษณะและองค์ประกอบที่แตกต่างกัน เกลือน้ำตาลโปรตีนไขมันกรดอะมิโน ฯลฯ จุดเดือดของนมสูงกว่าน้ำเล็กน้อยเนื่องจากความคล้ายคลึงกันของสารประกอบเหล่านี้กับน้ำทำให้ระเหยได้ยากขึ้น

น้ำตาล

กลูโคสมีจุดหลอมเหลว146ºCซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับจุดสลายตัวของกลูโคส ดังนั้นคุณไม่สามารถรับจุดเดือดได้ สถานการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นกับซูโครสน้ำตาลทรายซึ่งมีจุดหลอมเหลว186ºCและจุดสลายตัวที่186ºC

จุดหลอมเหลวคืออุณหภูมิที่องค์ประกอบหรือสารประกอบทางเคมีเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปสู่สถานะของเหลว ดังนั้นเมื่อน้ำตาลสลายตัวจึงไม่มีของเหลวที่เสถียรสำหรับกำหนดจุดเดือด

เหล็ก

จุดเดือดของเหล็กคือ 2,861 ºC ค่าที่สูงนี้อธิบายได้จากพลังงานจำนวนมากที่ต้องใช้ในการเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างอะตอมของโลหะ นอกจากนี้ยังต้องเอาชนะแรงไฟฟ้าสถิตจำนวนมากเนื่องจากโครงสร้างคล้ายใยโลหะ

อ้างอิง

Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
วิกิพีเดีย (2020) จุดเดือด. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 กุมภาพันธ์ 2563). ความหมายของจุดเดือดทางเคมี. ดึงมาจาก: thoughtco.com
เซดรอนเจ.; Landa V. & Robles J. (2011). กองกำลังระหว่างโมเลกุล เคมีทั่วไป. ดึงมาจาก: corinto.pucp.edu.pe
ซามูเอลเบลเชอร์ (เอสเอฟ) ทอง. ดึงมาจาก: chemistry.pomona.edu
ดอนอูลิน. (17 ธันวาคม 2553). จุดเดือดของขนมคืออะไร? สืบค้นจาก: indianapublicmedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 กุมภาพันธ์ 2563). จุดเดือดของนมคืออะไร? ดึงมาจาก: thoughtco.com

จุดเดือด: แนวคิดการคำนวณและตัวอย่าง - เคมี - 2025