Зависимость температуры кипения от давления таблица: Зависит ли температура кипения от давления. Зависимость температуры кипения от давления. Кипение дистиллированной воды

Содержание

Кипение жидкости в вакууме при разных показателях давления

Всем известно, что вода закипает при температуре 100 градусов по Цельсию. Но мало кто задумывается, что такая температура кипения воды свойственна при нормальном атмосферном давлении, которое составляет 760 мм рт. ст. А ведь такой показатель, как точка кипения воды зависит от двух параметров – давления и температуры. При изменении одного фактора соответственно меняется второй.

Точка кипения воды в вакууме

Чтобы понять, какими особенностями отличается кипение воды в вакууме, для начала нужно разобраться, что это такое – процесс кипения жидкости как физическое явление. Интенсивное изменение агрегатного состояния жидкости с переходом её в пар, при определённой температуре и давлении, с формированием пузырьков по всему объёму жидкости, в молекулярной физике называют кипением.

Так как вакуум – это закрытое пространство, в котором находиться газ под давлением, значительно ниже атмосферного, температура кипения воды так же изменяется в меньшую сторону.

Разреженная среда способствует понижению температуры кипения. Например, понижение давления до 529 мм рт. ст. позволит закипеть воде при температуре всего 90° С. А чтобы преобразование жидкости в пар началось при комнатной температуре, необходимо в закрытом резервуаре с водой создать разряжение, например с помощью вакуумного насоса, до 20 мм рт.ст.

Практическое применение

На практике, такая особенность вакуума, а точнее его пониженного давления очень хорошо проверяется при подъёме в горы. На высоте 4 км над уровнем моря, атмосферное давление настолько ниже нормы, что температура кипения воды составляет всего 87° по Цельсию.

В разных отраслях промышленности, в лабораторных комплексах, в медицине и многих видах производства очень широко распространена технология вакуумной сушки. Из-за низкой точки кипения, и как результата – испарения воды, в специальных сушильных шкафах, после закладки материала, создаётся вакуум и повышается температура. Этот метод сублимированной сушки, основанный на особенностях кипения воды в вакууме, используют при пробоподготовке, проведении анализов, вулканизации, лёгком обжиге и многих других процессах, связанных с дегидратацией.

система определения истинного числа падения

Эталоник

®

Эталоник — автоматическая система определения истинного числа падения, позволяющая работать с прибором на любой высоте над уровнем моря, при любом атмосферном давлении и температуре кипения воды, обеспечивая единообразие, точность и повторяемость результатов, приводя показания числа падения к эталонному значению.

Система имеет российский и международный патенты, основанные на исследованиях, подтвержденных протоколами центра космических технологий РФ.

Специалистам, работающим с приборами для определения числа падения, известно, что с уменьшением температуры кипения воды показания числа падения увеличиваются; разница в показаниях может достигать величины более 20%. Например, если показания числа падения при 100°С составляли 300 ед., то при понижении температуры кипения воды, зависящей от атмосферного давления и высоты над уровнем моря, показания могут составить 360 ед. и более.

До сих пор точная величина такой зависимости не была исследована, и до последнего времени методом коррекции являлось добавление в воду пропиленгликоля или глицерина, поскольку истинное число падения — это число падения, полученное при 100°С.

Действующий в настоящее время ГОСТ ISO 3093-2016 запрещает использование веществ, влияющих на интенсивность кипения: «На показатель числа падения влияет температура кипения воды, которая связана с атмосферным давлением и высотой над уровнем моря, где расположена лаборатория. Не допускается регулировать интенсивность кипения воды в водяной бане, так как это ведет к ошибкам в результатах анализа».

ГОСТ ISO 3093-2016 точно обозначил главную проблему: добавляя в воду уплотняющие вещества, или иным способом воздействуя на температуру кипения воды в водяной бане, мы никак не влияем на состав суспензии внутри пробирок, в котором начинается процесс кипения, выталкивающий шток-мешалки вверх, чего не происходит в обычных условиях.

Для устранения этих искажений необходим способ, позволяющий корректировать показания числа падения в зависимости от температуры кипения воды. Этот способ должен обеспечить единообразие, точность и безопасность проведения измерений с соблюдением экологических и физических требований.

Многочисленные эксперименты, проведенные в барокамерах центра космических технологий на разных типах помолов зерна и на муке, позволили выявить следующую зависимость: с каждым градусом уменьшения температуры кипения воды в водяной бане устройства, показания числа падения увеличиваются на абсолютно одинаковую величину от значения, полученного при 100°С.

Для коррекции значений, полученных при температуре кипения воды, отличной от 100°С, был рассчитан и введен поправочный коэффициент (Кп), с учетом которого была разработана программа определения истинного числа падения.

Последующие проверочные эксперименты показали, что значения при определении числа падения с использованием разработанной программы не имеют отклонений более 3% от среднего значения в диапазоне от 95 до 100°С, что является очень высокой степенью точности измерений.

При повышенном давлении или в условиях отрицательной высоты над уровнем моря, температура кипения воды может доходить до 102°С и более. В этом случае программа определения истинного числа падения также скорректирует полученные значения.

В новых приборах Etalonic, ПЧП-7 и ПЧП-3 нет необходимости поддержания температуры кипения воды на уровне 100°С – расчет и вывод истинного числа падения на монитор прибора происходят автоматически.

Автоматический расчет истинного числа падения позволяет работать с прибором при любом атмосферном давлении и температуре кипения воды, обеспечивая единообразие, точность и повторяемость результатов, приводя показания числа падения к эталонному значению.

Разработанная автоматическая система определения истинного числа падения получила название Эталоник®.

Температура веществ. Температура кипения веществ.

ЗАДАЧНИК ОНЛ@ЙН
БИБЛИОТЕКА 1 БИБЛИОТЕКА 2

Температура внутренних слоев Земли



Температура атмосферы на различной высоте над Землей

Высота, км

Температура

К

o C

0 288,15 15,00
0,050 287,82 14,67
0,1
287,50 14,35
0,2 286,85 13,70
0,3 286,20 13,05
0,5 284,90 11,75
1 281,65 8,50
2 275,15
2,00
3 268,66 -4,49
5 255,68 -17,47
8 236,22 -36,93
10 223,25 -49,90
12 216,65 -56,50
15
216,65
-56,50
20 216,65 -56,50
30 226,51 -46,64
50 270,65 -2,50
100 196,60 -76,55
120 337,42 61,27

В зависимости от вертикального распределения температуры атмосферу делят на пять слоев: тропосферу (высота нижней и верхней границы тропосферы от 0 до 11-16 км), стратосферу (от 11-16 до 50-55 км), мезосферу (от 50-55 до 80 км), термосферу (от 80 до 600-800 км) и экзосферу (выше 600-800 км). Температура воздуха от поверхности Земли, где она принимается равной 15 °С, до верхней границы тропосферы понижается в среднем на 6 «С на 1 км подъема. В нижней части стратосферы (до высоты 20 км) температура атмосферы остается приблизительно постоянной, а затем повышается в среднем на 1-2 °С на 1 км подъема и на верхней границе ( примерно 50 км) становится равной -2,5 °С. В мезосфере температура с высотой понижается, и у верхней границы мезосферы (примерно 80 км) температура атмосферы достигает -75 °С. По мере дальнейшего увеличения высоты вновь происходит повышение температуры. Это же характерно и для термосферы, где температура, возрастая с увеличением высоты, достигает очень больших значений (свыше 1000 °С). В малоизученной области атмосферы — экзосфере — температура с увеличением высоты возрастает предположительно до 2000 °С.



Как известно, зависимость температуры кипения воды от давления характеризируется уравнением Клаузиуса-Клапейрона – P2/P1 = EXP(qμ

в /R(1/T 1 -1/T 2 )), а зависимость давления от высоты барометричкеской формулой – P=PoEXP(-μ г gh/RT). Сопоставляя, два уравнения получаем формулу зависимости температуры кипения воды от высоты – T h =T o T г в /qμ в T г
+ μ г ghT o , где

  • T o — температура кипения воды при нормальных условиях;
  • T г – Температура воздуха;
  • q = 2300000 Дж/кг – удельная теплота испарения воды;
  • μ в = 0,018 кг/моль – молярная масса воды;
  • μ г = 0,029 кг/моль – молярная масса воздуха;
  • g — ускорение свободного падения;
  • h — высота.



Температура веществ. Температура плавления веществ. Температура кипения веществ. Температура плавления таблица.


Температура веществ

Температуры, встречающиеся в природе

t, o C

Наиболее низкая температура, достигнутая в лаборатории -273,148
Жидкий воздух при кипении -192
Минимальная температура, зарегистрированная на земле (Антарктида, 1983 г. ) -89,2
Ртуть при плавлении -38,87
Вода в черном море (зимой) 6 — 8
Вода в черном море (летом) 20 — 30
Цезий при плавлении* 28,4
Тело здорового человека 36,7
Тело голубя ≈42
Максимальная температура воздуха, зарегистрированная на Земле (Ливия, 1922 г. ) 57,7
Атмосфера на поверхности планеты Венера по измерениям советских межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10» 465 — 485
Пар в современных мощных турбинах 565 — 580
Пламя горелки примуса ≈800
Пламя при горении напалма 900 — 1100
Деталь при нагреве в закалочной печи 900 — 1000
Лава, вытекающий из жерла вулкана Везувий 1100 — 1200
Загатовка при нагреве в кузнечеой печи 1400 — 1500
Пламя газовой горелки 1600 — 1850
Плазма в МГД-генераторе 2200 — 2600
Нит накала газополной электрической лампочки ≈2500
Пороховые газы в стволе орудия среднего калибра (70-75 мм) при выстреле ≈3000
Термит в зажигательной бомбе ≈3000
Вольфрам при плавлении** 3420
Электрическая дуга 4000 — 6000
Поверхность Солнца ≈6000
Наиболее высокая температура достигнутая, в лаборатории 7 х 10 7
  1. *Цезий — наиболее легкоплавкий металл.
  2. **Вольфрам — наиболее тугоплавкий металл.


Температура кипения t

кип веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Вещество

t кип о С

Вещество

t кип о С

Азот -195,80 Вольфрам ок. 5700
Алюминий 2467 Гелий -268,92
Бензин автомобильный 70 — 205 Глицерин 290
Вода 100,00 Графит 4200
Вода тяжелая 101,43 Железо 3200
Водный раствор соли (насыщенный) 108,8 Золото 2947
Водород -252,87 Калий 774
Воздух ≈-193 Керосин 150 — 300
Молибден 4600 Кислород -182,962
Натрий 882,9 Магний 1095
Нафталин 217,9 Медь 2540
Никель 2900 Сера 444,67
Олово 2620 Серебро 2170
Осмий ок. 5000 Скипидар 161
Парафин 350 — 450 Спирт 78,3
Платина ок. 3900 Тантал ок. 5500
Ртуть 356,66 Уран ок. 4200
Свинец 1745 Хлор -34,1
Хлорид натрия 1467
Цинк 906
Эфир 34,6

Температура кипения воды при различных давлениях


(ниже нормального атмосферного)

Давление

t кип o C

Давление

t кип o C

кПа

мм рт. ст.

кПа

мм рт. ст.

0,6

4,6

0

70,1

526,0

90

1,2

9,2

10

84,5

634,0

95

2,3

17,5

20

90,7

680,0

96,9

4,2

31,8

30

93,3

700

97,7

7,4

55,3

40

94,7

710

98,1

12,3

92,5

50

96,0

720

98,5

31,1

233,7*

70

97,3

730

98,9

38,5

289,0**

75

98,7

740

99,3

53,7

403,0***

83

100,0

750

99,6

101,325

760

100,0

* Такое примерно давление атмосфнры на вершине самой высокой горы в мире — Эвереста (Гималаи, 8848 м).
** Такое примерно давление атмосферы на горной вершине Памир (7495 м).
*** Такое примерно давление атмосферы на вершине горы Казбек (5043 м).


Температура кипения воды при повышенных давлениях

Давление

t кип o C

Давление

t кип o C

МПа

ат

МПа

ат

0,098

1,0

99

3,08

31,5

236

0,196

2,0

120

3,82

39,0

248

0,29

3,0

133

4,90

50,0

263

0,3

4,0

143

9,81

100,0

310

0,49

5,0

151

11,77

120,0

324

0,59

6,0

158

13,73

140,0

335

0,69

7,0

164

14,71

150,0

341

0,78

8,0

170

16,67

170,0

351

0,88

9,0

174

19,61

200,0

364

0,98

10,0

179

21,57

220,0

372

1,56

16,0

200

22,13

225,65

374,15

1,96

20,0

211


Температура плавления разлчных веществ Таблица


(при нормальном атмосферном давлении)

Вещество

t пл o C

Вещество

t пл o C

Азот -210,0 Молоко цельное — 0,6
Алмаз > 3500 Масло сливочное 28-33
Бензин ниже -60 Нафталин 80,3
Вазелин 37-52 Нефть — 60
Вода 0,00 Парафин 38-56
Вода тяжелая 3,82 Соль поваренная 770
Водород -259,1 Скипидар — 10
Воздух -213 Спирт — 114,2
Воск пчелиный 61-64 Стеарин 71,6
Глицерин 18 Фреон-12 — 155
Йод 113,5 Хлор — 101,0
Керосин ниже -50 Эфир — 116,0
Кислород -218,4

Бизнес турция форум

Температура плавления металлов и сплавов


(при нормальном атмосферном давлении)

Металл и сплав

t пл o C

Металл и сплав

t пл o C

Алюминий 660,4 Магний 650
Вольфрам (наиболее тугоплавкий из металлов 3420 медь 1084,5
Германий 937 Натрий 97,8
Дуралюмин 650 Нейзильбер 1100
Железо 1539 Никель 1455
Золото 1064,4 Нихром 1400
Инвар 1425 Олово 231,9
Иридий 2447 Осмий ок. 3030
Калий 63,6 Платина 1772
Карбиды: Ртуть -38,9
гафния 3890 Свинец 327,4
ниобия 3760 Серебро 961,9
титана 3150 Сталь 1300-1500
циркония 3530 Фехраль 1460
Константан 1260 Цезий (наиболее легкоплавкий из металлов) 28,4
Кремний 1415 Цинк 419,5
Латунь 1000 Чугун 1100-1300

. ..

Дополнительные справочные данные по термодинамике

Дополнительные справочные данные по термодинамике

Здесь приведены данные, связанные прежде всего с со сменой агрегатного состояния вещества в различных условиях. Наряду с этим для термодинамических расчётов часто необходимы и различные тепловые параметры, такие как теплоёмкость, теплопроводность, теплота плавления или кипения, а также механические величины, прежде всего удельная плотность. Все эти данные, которые, пожалуй, можно назвать «термостатикой» , на данном сайте объединены в единую таблицу и находятся на отдельной странице.

Основные законы и формулы термодинамики приведены здесь.

Внимание! Все приведённые данные не являются истиной в последней инстанции и периодически дополняются и уточняются. Просмотр всей ширины таблиц возможен в полноэкранном режиме при разрешении экрана по горизонтали не менее 1280 пикселей, для меньшей ширины окна браузера может потребоваться использование горизонтальной прокрутки.

В случае использования специальных технических или эмпирических формул, следует проверить, в каких именно единицах измерения туда надо подставить данные, и при необходимости перед расчётом выполнить соответствующие преобразования значений к необходимым единицам измерения.


Зависимости параметров жидкостей от давления и температуры
   Зависимость удельной теплоёмкости воды от температуры
   Зависимость коэффициента теплового расширения воды от давления и температуры
   Зависимость температуры наибольшей плотности воды от давления
   Зависимость поверхностного натяжения воды и спирта от температуры
Кипение и давление
   Свойства насыщенного водяного пара (в равновесии с жидкой фазой)
   Параметры этилового спирта при различных давлениях и температурах
   Удельные теплоёмкости газов
Кинетические параметры газов и паров
   Газокинетические параметры и скорости звука для газов и паров
   Зависимость скорости звука в воздухе от температуры

Зависимости параметров жидкостей от давления и температуры

Зависимость удельной теплоёмкости воды от температуры

Данные приведены для воды в жидком агрегатном состоянии при стандартном атмосферном давлении.

Температура, °С 0 15 20 40 60 80
Теплоёмкость, Дж / (кг · К) 4151.5 4118.5 4112.7 4109.0 4121.8 4137.0
Теплоёмкость, кал / (г · °С) 1.0080 1.0000 0.9986 0.9977 1.0008 1.0045
Зависимость коэффициента теплового расширения воды от давления и температуры
Давление Коэффициент объёмного теплового расширения β, 1 / K при разных температурах
Па ат 0°С . . 10°С 10°С .. 20°С 20°С .. 50°С 60°С .. 70°С 90°С .. 100°С
9.81·104 1 0.14·10-4 1.50·10-4 4.22·10-4 5.56·10-4 7.19·10-4
9.81·106 100 0.43·10-4 1.65·10-4 4.22·10-4 5.48·10-4
19.62·106 200 0.72·10-4 1.83·10-4 4.26·10-4 5.39·10-4
49.05·106 500 1.49·10-4 2.36·10-4 4.29·10-4 5.23·10-4 6.61·10-4
88. 29·106 900 2.29·10-4 2.89·10-4 4.37·10-4 5.14·10-4 6.61·10-4
Зависимость температуры наибольшей плотности воды от давления
Давление, Па 101325 (1 атм) 4.08·106 (40.3 атм) 1.42·107 (140 атм)
Температура наибольшей плотности, °С +4.15 +3.3 +0.6
Зависимость поверхностного натяжения воды и спирта от температуры

Данные приведены для жидкого агрегатного состоянии при различных давлениях (давление не влияет на поверхностное натяжения  α).

Температура, °С 0 30 60 90 120 150 180 210 240 300 370
α воды, 10–3Н/м 75. 60 71.18 66.18 60.75 54.90 48.63 42.25 35.40 28.57 14.40 0.47
α спирта этилового, 10–3Н/м 24.4 21.9 19.2 16.4 13.4 10.1 6.7 3.3 0.1 нет нет

Кипение и давление

Температура кипения жидкостей определяется давлением у её поверхности, а теплота парообразования — температурой.

Свойства насыщенного водяного пара (в равновесии с жидкой фазой)

Давление указано в нескольких единицах измерений, включая технические атмосферы (1 ат = 0.968 атм = 1 кг / см2 = 735,66 мм рт.ст.).

Давление Температура (кипения) Удельная теплота парообразования, Дж / кг Удельный объём пара, м3 / кг Удельная плотность воды, кг / м3
Па атм кг / см2 (ат) мм рт. ст.
588 0.0058 0.006 4.4 0°С 2.500·106 207 999.87
1.96·103 0.019 0.02 15 17.2°С 2.457·106 63.3 999
9.80·103 0.097 0.1 74 45.4°С 2.388·106 14.96 990
1.96·104 0.19 0.2 147 59.7°С 2.360·106 7.8 988
3.92·104 0.39 0.4 294 75.4°С 2.322·106 4.071 974
5.88·104 0.58 0.6 441 85.45°С 2.297·106 2. 785 968
7.84·104 0.77 0.8 588 93.0°С 2.278·106 2.127 963
8.82·104 0.87 0.9 662 96.2°С 2.269·106 1.905 961
9.80·104 0.968 1.00 736 99.1°С 2.262·106 1.726 959
1.013·105 1.000 1.0333 760.0 100.0°С 2.260·106 1.674 958.38
1.21·105 1.19 1.23 905 105.0°С 2.242·106 1.420
1.77·105 1.74 1.80 1324 116. 3°С 2.215·106 0.996
1.96·105 1.94 2.00 1471 119.6°С 2.206·106 0.902
2.23·105 2.20 2.27 1672 125.0°C
2.94·105 2.90 3.0 2207 132.9°С 2.168·106 0.617
3.92·105 3.87 4.0 2942 142.9°С 2.137·106 0.4708
4.90·105 4.83 5.0 3677 151.1°С 2.111·106 0.3818 917
5.88·105 5.81 6.0 4413 158. 1°С 2.088·106 0.3214
6.86·105 6.77 7.0 5149 164.2°С 2.067·106 0.2778
7.84·105 7.74 8.0 5884 169.6°С 2.048·106 0.2448
8.82·105 8.71 9.0 6620 174.5°С 2.031·106 0.2189
9.81·105 9.68 10.0 7357 179.0°С 2.014·106 0.1980
1.18·106 11.6 12.0 8826 187.1°С 1.984·106 0.1663
1.37·106 13. 6 14.0 1.03·104 194.1°С 1.956·106 0.1434
1.57·106 15.5 16.0 1.18·104 200.4°С 1.930·106 0.1261 869
1.77·106 17.4 18.0 1.32·104 206.2°С 1.907·106 0.1125
1.96·106 19.4 20.0 1.47·104 211.4°С 1.882·106 0.1015
2.94·106 29.0 30.0 2.21·104 232.8°С 1.790·106 0.0679
3.92·106 38.7 40.0 2.94·104 249. 2°С 1.712·106 0.0506 794
5.50·106 54.3 56.1 4.13·104 270.0°С 1.605·106 0.0356
7.44·106 73.5 75.9 5.58·104 290°С 1.480·106 0.0255
300°С 710
9.90·106 97.8 101 7.43·104 310°С 1.320·106 0.0183
1.28·107 127 131 9.64·104 330°С 1.140·106 0.0130
1.66·107 164 169 1. 24·105 350°С 0.893·106 0.00881 574
2.11·107 208 215 1.58·105 370°С 0.440·106 0.00493
2.218·107 217.9 225.2 1.656·105 374°С 0.113·106 0.00347
2.2122·107 218.37 225.65 1.6597·105 374.15°С 0 0.00326 307

Зависимость температуры кипения воды от высоты водного столба (давления на глубине).
Параметры этилового спирта при различных давлениях и температурах
Давление Температура Удельная плотность жидкой фазы, кг / м3 Удельная теплоёмкость жидкой фазы, Дж / (кг · К) Удельная теплота парообразования, Дж / кг Удельная плотность пара, кг / м3 Удельная теплоёмкость пара, Дж / (кг · К)
Па атм кг / см2 (ат) мм рт.ст.
1.33·104 0.13 0.14 100 34.2°C (кипение)
2.00·104 0.20 0.20 150 42.0°C (кипение)
2.67·104 0.26 0.27 200 47.8°C (кипение)
5.33·104 0.53 0.54 400 62.8°C (кипение)
1.013·105 1.00 1.0333 760 0°C 0.033 1341
1.013·105 1.00 1.0333 760 20°C 790 2430
1.013·105 1.00 1.0333 760 78.15°C (кипение) 8.46·105
1.013·105 1.00 1.0333 760 100°C нет нет нет 1689
1.013·105 1.00 1.0333 760 200°C нет нет нет 2011
1.013·105 1.00 1.0333 760 300°C нет нет нет 2321
1.013·105 1.00 1.0333 760 600°C нет нет нет 3168
1.47·105 1.45 1.50 1100 87.8°C (кипение)
1.93·105 1.91 1.97 1450 95.3°C (кипение)
9.81·105 9.68 10.0 7357 -60°С 1590
9.81·105 9.68 10.0 7357 -40°С 1790
9.81·105 9.68 10.0 7357 -20°С 1990
9.81·105 9.68 10.0 7357 0°С 2200 9.27·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 20°С 2410 9.25·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 40°С 2620 9.20·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 60°С 2840 8.94·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 80°С 3060 8.66·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 100°С 3280 8.27·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 120°С 3520 7.73·105
9.81·105 9.68 10.0 7357 140°С 3750 7.17·105
160°С 6.58·105
180°С 5.84·105
200°С 4.87·105
220°С 3.70·105
240°С 1.69·105
6.18·106 61.0 63.1 4.638·104 243.1°C (крит. точка) 276 0.0 276
Удельные теплоёмкости газов
Температура Кислород Воздух Углекислый газ Водяной пар Этиловый спирт
сp, Дж / (кг · К) γ = cp / cv сp, Дж / (кг · К) γ = cp / cv сp, Дж / (кг · К) γ = cp / cv сp, Дж / (кг · К) γ = cp / cv сp, Дж / (кг · К) γ = cp / cv
0°C 914.9 1.397 1006 1.400 814.8 1.301 1341 1.16
100°C 934.0 1.385 1010 1.397 913.6 1.260 1103 1.28 1689 1.12
200°C 964.0 1.370 1027 1.390 992.7 1.235 1978 1.30 2011 1.10
300°C 994.8 1.353 1048 1.378 1057 1.217 2015 1.29 2321 1.08
600°C 1069 1.321 1115 1.345 1192 1.188 2208 1.26 3168 1.06

Кинетические параметры газов и паров

Газокинетические параметры и скорости звука для газов и паров

Коэффициенты диффузии и скорости звука указаны при 0°С (механические параметры газов приведены на другой странице).

Название Коэффициент диффузии в воздухе
D
, м2
Газокинетический диаметр молекул
d, м
Молекулярная масса
mм
, а.е.м.;
(в скобках — число молекул в 1 кг)
Скорость звука
vзв, м/с

в скобках зависимость от температуры, м/(с·К)
Азот N2 3.7·10-10 28.0 (2.15·1025) 334 (0.6)
487 при 300°С
Аммиак NH3 2.0·10-5 17.0 (3.54·1025) 415 (-)
Аргон Ar 3.6·10-10 40.0 (1.51·1025)
Ацетилен C2H2 1.9·10-5 26.0 (2.31·1025)
Бензин 0.79·10-5
Бензол C6H6 0.78·10-5 78.1 (7.71·1024) 202 при 97°С (0.3)
Водород H2 6.4·10-5 2.7·10-10 2.01 (3.00·1026) 1284 (2.2)
Водяной пар H2O 2.1·10-5 18.0 (3.35·1025) 401 (-)
494 при 134°С
Воздух 29.0 (2.08·1025) 331 (0.59) подробно ниже
Гелий He 2.15·10-10 4.00 (1.51·1026) 965 (0.8?)
Йодистый водород HI 127.9 (4.71·1024) 157 (-)
Кислород O2 1.8·10-5 3.56·10-10 32.0 (1.88·1025) 316 (0.56)
Кислота уксусная CH3COOH 1.07·10-5 60.0 (1.00·1025)
Криптон Cr 3.14·10-10 83.8 (7.19·1024)
Ксенон Xe 4.0·10-10 131.3 (4.59·1024)
Метан CH4 2.0·10-5 4.44·10-10 16.0 (3.76·1025) 430 (-)
Неон Ne 3.54·10-10 20.2 (2.98·1025) 435 (0.8)
Окись углерода CO 3.70·10-10 28.0 (2.15·1025)
Ртуть Hg 3.0·10-10 200.6 (3.00·1024)
Сероуглерод CS2 0.9·10-5 76.1 (7.91·1024)
Спирт метиловый CH3OH 1.3·10-5 32.0 (1.88·1025) 335 при 97°С (0.46)
Спирт этиловый C2H5OH 1.0·10-5 46.0 (1.31·1025) 230 (0.4)
269 при 97°С
Толуол C6H5CH3 0.7·10-5 92.1 (6.54·1024)
Углекислый газ CO2 1.4·10-5 4.54·10-10 44.0 (1.37·1025) 259 (0.4)
300 при 100°С
Хлор Cl2 5.44·10-10 70.9 (8.49·1024) 206 (-)
Эфир этиловый C2H5OC2H5 0.8·10-5 74.1 (8.13·1024) 179 (-)
Зависимость скорости звука в воздухе от температуры

Зависимость скорости звука в воздухе от температуры при атмосферном давлении. В нижней строке указан средний температурный коэффициент скорости звука для соответствующего интервала температур.

T, °C -150 -100 -50 -20 -10 0 10 20 30 50 100 200 300 400 500 1000
vзв, м/с 216.7 263.7 299.3 318.8 325.1 331.4 337.3 343.1 348.9 360.3 387.1 436.0 479.8 520.0 557.3 715.2
α, м/(с·К) 0.94 0.71 0.65 0.63 0.63 0.59 0.58 0.58 0.57 0.54 0.49 0.44 0.40 0.37 0.32  

План-конспект урока физики.Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации.

Физика 8-А,8-Б. УРОК №__________ДАТА___________

Тема: Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации.

Цель урока: изучить переход жидкости в газообразное состояние на основе кипения.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, оборудование для опытов.

Презентация «Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации».

Ход урока:

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Методы и формы работы

1.Организационный момент

Здравствуйте, ребята. Начинаем урок физики.

(Проверка готовности к уроку)

2. Сообщение темы и целей урока.

Сегодня на уроке мы с вами раскроем физическую сущность процесса кипения жидкости, введем новую физическую величину – удельную теплоту парообразования и на основе закона сохранения объясним равенство удельной теплоты парообразования и конденсации. Открываем тетради, записываем число, тему урока «Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации». (1 – 2 слайд)

Записывают число и тему урока «Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации».

3. Проверка домашнего задания (слайд 3 – 4)

Давайте с вами вспомним, материал прошлого урока.

  1. Ответьте на теоретические вопросы:

  1. Ответьте на практические вопросы.

  • Выступающий в жару на теле пот охлаждает тело. Почему?

  • Почему в сухом воздухе переносить жару легче, чем во влажном?

  • Для чего летом после дождей или полива приствольные круги плодовых деревьев покрывают слоем перегноя, навоза или торфа?

Испарением называют парообразование с поверхности жидкости.

Испарение происходит быстрее при более высокой температуре, так как при более высокой температуре больше достаточно быстрых молекул.

Насыщенным называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Ненасыщенным называется пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Конденсация пара происходит при определенной температуре.

Пот охлаждает тело в жару, так как испаряется.

В сухом воздухе испарение идет активнее, чем во влажном. Это значит, что температура кожи за счет испарения пота в сухом воздухе ниже, чем во влажном. Поэтому жару в сухом воздухе переносить легче.

Приствольные круги деревьев после полива покрываются слоем перегноя, навоза или торфа для уменьшения испарения воды.

Фронтальная беседа

4. Изучение нового материала.

Я очень рада, что вы помните материал прошлого урока. Сегодня мы рассмотрим второй способ образования пара – кипение.

Пронаблюдаем это явление на опыте. Открываем учебник на странице 44 и собираем установку с рис.19. (Учащиеся проделывают опыт и делают вывод (слайд 5-6).

Молодцы. Давайте дадим определение, что такое кипение и запишем его в тетрадь.

Кипениеэто интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре (слайд 7).

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, кипение от начала до конца происходит при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре. Поэтому, например, при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит. Что это нам даст? Найдите ответ в учебнике и прочитайте.

Что же называют температурой кипения? Запишите в тетрадь и прочитайте (слайд 7).

Следовательно, какое из этого определения следует свойство? (слайд 7)

Далее работа по слайду 8.

Откройте учебник на странице 45. Здесь вам приведена таблица температуры кипения некоторых веществ, в С. (слайд 9)

-253

Вода

100

Кислород

-183

Ртуть

357

Молоко

100

Свинец

1740

Эфир

35

Медь

2567

Спирт

78

Железо

2750

(Далее идет работа по таблице).

Чтобы температура испаряющейся жидкости не изменялась, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты.

Так, чтобы испарить воду массой 1 кг при температуре 100 ˚С, требуется Дж.

Кипение тоже испарение, только сопровождается оно быстрым образованием и ростом пузырьков пара. Очевидно, что во время кипения необходимо подводить к жидкости определенное количество теплоты. Это количество теплоты идет на образование пара. Причем различные жидкости одной и той же массы требуют разное количество теплоты для обращения их в пар при температуре кипения.

Далее записывают в тетради определение удельной теплоты парообразования и единицы измерения) (слайд 10).

Далее идет работа по таблице №6 (учебник с.49) или (слайд 11).

Соприкасаясь с холодным предметом, водяной пар конденсируется. При этом выделяется энергия, поглощенная при образовании пара (слайд 12).

Далее по учебнику выводят формулу для вычисления количества теплоты и записывают ее в тетрадь. Затем разбирают применение формулы на практике, на примере задачи разобранной в учебнике.

Учащиеся собирают установку и наблюдают, затем делают вывод.

Записывают определение в тетрадь.

Это даст экономию топлива, а температура воды все равно сохраняется постоянной во время кипения.

Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

Отвечают на вопросы по таблице.

Запись определения и единицы измерения.

Отвечают на вопросы по таблице.

Запись вывода в тетрадь.

Запись формулы. Разбор задачи.

Опыт

Самостоятельная работа по учебнику.

Наблюдение.

Наблюдение.

5. Решение задач (слайд 14)

  1. Эфир массой 30 г обращают в пар при температуре 35 ˚С. Сколько энергии для этого потребуется?

  2. Рассчитайте количество теплоты, которое потребуется для обращения в пар спирта массой 0,2 кг, находящегося при температуре 28 ˚С?

  3. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 400 г воды с начальной температурой 20 ˚С довести до кипения и 40 г ее превратить в пар?

Решают задачи на доске и в тетради.

Письменная работа.

6. Подведение итогов урока.

Какие новые понятия изучены?

Далее вопросы из презентации (слайд 15)

Достигли ли мы цели урока?

Отвечают на вопросы учителя.

Фронтальный опрос

7. Домашнее задание

(слайд 16)

Прочитать §18, 20, упражнение 10 (4, 5).

Подготовить доклад на тему по выбору:

  • Как образуется роса, иней, дождь и снег.

  • Круговорот воды в природе.

  • Литье металлов.

Записывают задание в дневники.

Приложение №1.

Используемая литература.

  1. Громов С.В., Родина Н.А. Физика 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. 4-е изд. – М.: Просвещение, 2002.

  2. Пёрышкин А.В. Физика 7 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. 6-е изд. – М.: Дрофа, 2003.

  3. Пёрышкин А.В. Физика 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. 6-е изд. – М.: Дрофа, 2003.

  4. Пёрышкин А.В.Программа по физике для общеобразовательных учреждений 7 – 9 классы. – М.: Дрофа, 2008.

  5. Шевцов В.А. Физика 8 класс. Поурочные планы по учебнику Пёрышкина А.В. – Волгоград: Учитель, 2007.

Давление пара

Почти каждый из нас нагревал кастрюлю с водой с закрытой крышкой и вскоре после этого слышал, как гремит крышка и льется горячая вода на плиту. При нагревании жидкости ее молекулы приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления сил, удерживающих их в жидкости, и уходят в газообразную фазу. Поступая таким образом, они создают популяцию молекул в паровой фазе над жидкостью, которая создает давление — давление пара. Давление, создаваемое над жидкостью молекулами жидкого вещества, обладающими достаточной кинетической энергией, чтобы уйти в паровую фазу.жидкости. В описанной нами ситуации создавалось достаточное давление, чтобы сдвинуть крышку, что позволило парам выйти. Однако если пар содержится в герметичном сосуде, таком как невентилируемая колба, и давление пара становится слишком высоким, колба взорвется (как, к сожалению, обнаружили многие студенты). В этом разделе мы более подробно опишем давление пара и объясним, как количественно определить давление пара жидкости.

Испарение и конденсация

Поскольку молекулы жидкости находятся в постоянном движении, мы можем построить зависимость доли молекул с заданной кинетической энергией ( KE ) от их кинетической энергии, чтобы получить распределение кинетической энергии молекул в жидкости (рис. 11.13 «Распределение кинетических энергий молекул жидкости при двух температурах»), так же, как мы это сделали для газа (рис. 10.19 «Большой разброс скоростей молекул, наблюдаемый при 298 К для газов с разными молярными массами»). Что касается газов, то повышение температуры увеличивает как среднюю кинетическую энергию частиц в жидкости, так и диапазон кинетической энергии отдельных молекул. Если предположить, что минимальное количество энергии ( E 0 ) необходимо для преодоления сил межмолекулярного притяжения, удерживающих жидкость вместе, то некоторая доля молекул в жидкости всегда имеет кинетическую энергию больше E 0 .Доля молекул с кинетической энергией больше этого минимального значения увеличивается с повышением температуры. Любая молекула с кинетической энергией больше E 0 обладает достаточной энергией, чтобы преодолеть силы, удерживающие ее в жидкости, и уйти в паровую фазу. Однако прежде чем она сможет это сделать, молекула должна также оказаться на поверхности жидкости, где физически возможно покинуть ее поверхность; то есть только молекулы на поверхности могут подвергаться испарению (или парообразованию). Физический процесс, при котором атомы или молекулы в жидкой фазе попадают в газовую или паровую фазу., где молекулы получают достаточную энергию, чтобы перейти в газообразное состояние над поверхностью жидкости, тем самым создавая давление пара.

Рисунок 11.13 Распределение кинетической энергии молекул жидкости при двух температурах

Как и в случае с газами, повышение температуры сдвигает пик в сторону более высоких энергий и уширяет кривую. Только молекулы с кинетической энергией выше E 0 могут выйти из жидкости и войти в паровую фазу, а доля молекул с KE  >  E 0 больше при более высокой температуре.

Чтобы понять причины возникновения давления пара, рассмотрим устройство, показанное на рис. 11.14 «Давление пара». Когда жидкость вводится в вакуумированную камеру (часть (а) на рис. 11.14 «Давление пара»), начальное давление над жидкостью приблизительно равно нулю, поскольку в паровой фазе еще нет молекул. Однако некоторые молекулы на поверхности будут иметь достаточную кинетическую энергию, чтобы вырваться из жидкости и образовать пар, тем самым увеличивая давление внутри контейнера.Пока температура жидкости поддерживается постоянной, доля молекул с KE  >  E 0 не изменится, а скорость ухода молекул из жидкости в паровую фазу будет зависеть только от площадь поверхности жидкой фазы.

Рисунок 11.14 Давление пара

(а) Когда жидкость вводится в вакуумированную камеру, молекулы с достаточной кинетической энергией покидают поверхность и входят в паровую фазу, вызывая повышение давления в камере.(б) Когда в паровой фазе находится достаточное количество молекул для данной температуры, скорость конденсации равна скорости испарения (достигается стационарное состояние), и давление в сосуде становится постоянным.

Как только образуется некоторое количество пара, часть молекул в паровой фазе сталкивается с поверхностью жидкости и снова входит в жидкую фазу в процессе, известном как конденсация. Физический процесс, посредством которого атомы или молекулы в паровой фазе попадают в жидкая фаза.(часть (b) на рис. 11.14 «Давление пара»). По мере увеличения количества молекул в паровой фазе будет увеличиваться и число столкновений между молекулами паровой фазы и поверхностью. В конце концов будет достигнуто стационарное состояние , при котором ровно столько молекул в единицу времени покидает поверхность жидкости (испаряется), сколько сталкивается с ней (конденсируется). В этот момент давление над жидкостью перестает расти и остается постоянным на определенной величине, характерной для жидкости при данной температуре.Скорость испарения и конденсации во времени для такой системы графически показана на рис. 11.15 «Относительная скорость испарения и конденсации как функция времени после того, как жидкость введена в герметичную камеру».

Рисунок 11.15 Относительные скорости испарения и конденсации как функция времени после того, как жидкость вводится в герметичную камеру

Скорость испарения зависит только от площади поверхности жидкости и практически постоянна.Скорость конденсации зависит от числа молекул в паровой фазе и неуклонно возрастает, пока не сравняется со скоростью испарения.

Равновесное давление паров

Два противоположных процесса (таких как испарение и конденсация), протекающие с одинаковой скоростью и, таким образом, не производящие чистого изменения в системе, составляют динамическое равновесие Состояние, при котором два противоположных процесса происходят с одинаковой скоростью, не вызывая, таким образом, общего изменения в системе.. В случае жидкости, заключенной в камеру, молекулы непрерывно испаряются и конденсируются, но количества жидкости и пара не меняются со временем. Давление, оказываемое паром, находящимся в динамическом равновесии с жидкостью, называется равновесным давлением пара. Давление, оказываемое паром, находящимся в динамическом равновесии с жидкостью. жидкости.

Однако, если жидкость находится в открытом контейнере, большинство молекул, вышедших в паровую , а не фазу, столкнутся с поверхностью жидкости и вернутся в жидкую фазу.Вместо этого они будут диффундировать через газовую фазу от контейнера, и равновесие никогда не установится. В этих условиях жидкость будет продолжать испаряться, пока не «исчезнет». Скорость, с которой это происходит, зависит от давления паров жидкости и температуры. Летучие жидкостиЖидкость с относительно высоким давлением паров. имеют относительно высокое давление паров и легко испаряются; нелетучие жидкостиЖидкость с относительно низким давлением паров.имеют низкое давление пара и испаряются медленнее. Хотя граница между летучими и нелетучими жидкостями не является четкой, в качестве общего руководства можно сказать, что вещества с давлением паров выше, чем у воды (таблица 11.4 «Поверхностное натяжение, вязкость, давление пара (при 25 °C) Если не указано иное) и нормальные температуры кипения обычных жидкостей»), являются относительно летучими, тогда как жидкости с давлением паров меньше, чем у воды, относительно нелетучи. Так, диэтиловый эфир (этиловый эфир), ацетон и бензин летучи, а ртуть, этиленгликоль и моторное масло нелетучи.

Равновесное давление пара вещества при определенной температуре является характеристикой материала, такой как его молекулярная масса, температура плавления и температура кипения (таблица 11.4 «Поверхностное натяжение, вязкость, давление пара (при 25°C, если не указано иное)). , и нормальные температуры кипения обычных жидкостей»). , а не зависит от количества жидкости, если хотя бы небольшое количество жидкости находится в равновесии с паром. Однако равновесное давление пара очень сильно зависит от температуры и присутствующих межмолекулярных сил, как показано для некоторых веществ на рисунке 11.16 «Давление паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры». Молекулы, которые могут образовывать водородные связи, такие как этиленгликоль, имеют гораздо более низкое равновесное давление паров, чем молекулы, которые не могут, такие как октан. Нелинейное увеличение давления пара с повышением температуры намного круче, чем увеличение давления, ожидаемое для идеального газа в соответствующем диапазоне температур. Температурная зависимость настолько сильна, потому что давление пара зависит от доли молекул, которые имеют кинетическую энергию больше, чем та, которая необходима для выхода из жидкости, и эта доля экспоненциально увеличивается с температурой.В результате герметичные контейнеры с летучими жидкостями становятся потенциальными бомбами, если подвергаются значительному повышению температуры. Бензобаки в автомобилях вентилируются, например, чтобы машина не взорвалась, когда стоит на солнце. Точно так же небольшие канистры (1–5 галлонов), используемые для перевозки бензина, по закону должны иметь сброс давления.

Рисунок 11.16 Давление паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры

Точка, в которой кривая давления пара пересекает линию P  = 1 атм (штриховая линия), является нормальной температурой кипения жидкости.

Обратите внимание на шаблон

Летучие вещества имеют низкие температуры кипения и относительно слабые межмолекулярные взаимодействия; нелетучие вещества имеют высокие температуры кипения и относительно сильные межмолекулярные взаимодействия.

Экспоненциальный рост давления пара с повышением температуры на рис. 11.16 «Давление пара некоторых жидкостей как функция температуры» позволяет нам использовать натуральные логарифмы, чтобы выразить нелинейную зависимость как линейную.

Уравнение 11.1

ln P=-ΔHvapR(1T)+CEУравнение для прямой линии:y=mx+b

где ln P – натуральный логарифм давления пара, H vap энтальпия парообразования , R , Дж/4газ. )], T — температура в кельвинах, а C — точка пересечения y , которая является константой для любой заданной линии.График зависимости ln P от обратной величины абсолютной температуры (1/ T ) представляет собой прямую линию с наклоном −Δ H vap / R . Уравнение 11.1, называемое уравнением Клаузиуса-Клапейрона. Линейная зависимость, выражающая нелинейную зависимость между давлением паров жидкости и температурой: универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, C — постоянная.Уравнение Клаузиуса-Клапейрона можно использовать для расчета теплоты парообразования жидкости по измеренному давлению пара при двух или более температурах, можно использовать для расчета Δ H vap жидкости по измеренному давлению пара при двух и более температурах. Самый простой способ определить Δ H vap — измерить давление паров жидкости при двух температурах и подставить значения P и T для этих точек в уравнение 11.2, полученное из уравнения Клаузиуса-Клапейрона:

Уравнение 11.2

ln(P2P1)=-ΔHvapR(1T2-1T1)

И наоборот, если мы знаем δ H VAP и давление пара P 1 при любой температуре T 1 T 1 , мы можем использовать уравнение 11.2 для расчета паров давление P 2 любая другая температура T 2 , как показано в Примере 6.

Пример 6

Экспериментально измеренные значения давления паров жидкой ртути при четырех температурах приведены в следующей таблице:

Т (°С) 80,0 100 120 140
Р (торр) 0.0888 0,2729 0,7457 1,845

По этим данным рассчитайте энтальпию испарения (Δ H vap ) ртути и предскажите давление паров жидкости при 160°C. (Примечание по технике безопасности: ртуть очень токсична; когда она проливается, давление ее паров создает опасные уровни паров ртути.)

Дано: давление пара при четырех температурах

Требуемый запрос: Δ H Vap ртути и давление паров при 160°C

Стратегия:

A Используйте уравнение 11.2, чтобы получить Δ H vap непосредственно из двух пар значений в таблице, убедившись, что все значения переведены в соответствующие единицы измерения.

B Подставьте рассчитанное значение Δ H vap в уравнение 11.2, чтобы получить неизвестное давление ( P 2 ).

Решение:

A В таблице приведены измеренные давления паров жидкой ртути для четырех температур. Хотя одним из способов продолжения было бы построение данных с использованием уравнения 11.1 и нахождение значения Δ H vap по наклону линии, альтернативным подходом является использование уравнения 11.2, чтобы получить Δ H vap непосредственно из двух пар значений, перечисленных в таблице, при условии отсутствия ошибок в нашем измерении. Поэтому мы выбираем два набора значений из таблицы и переводим температуры из градусов Цельсия в кельвины, поскольку уравнение требует абсолютных температур. Подстановка значений, измеренных при 80,0 °C ( T 1 ) и 120,0 °C ( T 2 ) в уравнение 11.2, дает

лн(0.7457 торр0,0888 торр)=-ΔHпар8,314 Дж/(моль·К)[1(120+273)К-1(80,0+273) К]     ln(8,398)=-ΔHпар8,314 Дж·моль-1· K-1(-2,88×10-4K-1)             2,13=-ΔHvap(-0,346×10-4) J-1·моль ΔHvap=61 400 Дж/моль=61,4 кДж/моль

B Теперь мы можем использовать это значение Δ H vap для расчета давления паров жидкости ( P 2 ) при 160,0°C ( T 3 1 2 ): ln(P20,0888 торр)=-61 400 Дж·моль-18.314 Дж·моль-1·К-1[1(160+273)К-1(80,0+273)К]=3,86

Используя соотношение e ln x  =  x , мы имеем

ln(P20,0888  торр)=3,86       P20,0888  торр=e3,86=47,5                               P2=4,21  торр

При 160°С жидкая ртуть имеет давление паров 4,21 торр, что значительно больше, чем давление при 80,0°С, как и следовало ожидать.

Упражнение

Давление паров жидкого никеля при 1606°С равно 0.100 торр, тогда как при 1805°С давление паров составляет 1000 торр. При какой температуре жидкость имеет давление паров 2500 Торр?

Ответ: 1896°C

Точки кипения

По мере повышения температуры жидкости давление пара жидкости увеличивается до тех пор, пока не сравняется с внешним давлением или атмосферным давлением в случае открытого контейнера. В жидкости начинают образовываться пузырьки пара, и жидкость начинает кипеть.Температура, при которой кипит жидкость при давлении ровно 1 атм, является нормальной температурой кипения Температура, при которой кипит вещество при давлении 1 атм. жидкости. Для воды нормальная температура кипения составляет ровно 100°C. Нормальные температуры кипения других жидкостей на рис. 11.16 «Давление паров некоторых жидкостей как функция температуры» представлены точками, в которых кривые давления пара пересекают линию, соответствующую давлению в 1 атм. Хотя обычно мы указываем нормальную температуру кипения жидкости, фактическая температура кипения зависит от давления.При давлении более 1 атм вода кипит при температуре более 100°C, поскольку повышенное давление заставляет молекулы пара над поверхностью конденсироваться. Следовательно, молекулы должны иметь большую кинетическую энергию, чтобы покинуть поверхность. И наоборот, при давлении менее 1 атм вода кипит при температуре ниже 100°С.

Типичные колебания атмосферного давления на уровне моря относительно малы и вызывают лишь незначительные изменения температуры кипения воды. Например, самое высокое зарегистрированное атмосферное давление на уровне моря составляет 813 мм рт.ст., зарегистрированное в сибирскую зиму; самое низкое давление на уровне моря, когда-либо измеренное, составляло 658 мм рт.ст. во время тихоокеанского тайфуна.При этих давлениях температура кипения воды изменяется минимально, до 102°С и 96°С соответственно. На больших высотах, напротив, становится существенной зависимость температуры кипения воды от давления. В таблице 11.5 «Точки кипения воды в различных местах на Земле» перечислены точки кипения воды в нескольких местах на разных высотах. Например, на высоте всего 5000 футов температура кипения воды уже ниже самой низкой из когда-либо зарегистрированных на уровне моря.Более низкая температура кипения воды имеет серьезные последствия для приготовления всего: от яиц всмятку («трехминутное яйцо» вполне может занять четыре или более минут в Скалистых горах и даже дольше в Гималаях) до тортов (смеси для тортов часто продаются с отдельными высотными инструкциями). И наоборот, скороварки, которые имеют уплотнение, позволяющее давлению внутри них превышать 1 атм, используются для более быстрого приготовления пищи за счет повышения точки кипения воды и, следовательно, температуры, при которой готовится пища.

Обратите внимание на шаблон

При увеличении давления температура кипения жидкости увеличивается, и наоборот.

Таблица 11.5 Температура кипения воды в различных местах на Земле

Место Высота над уровнем моря (футы) Атмосферное давление (мм рт.ст.) Температура кипения воды (°C)
Мт.Эверест, Непал/Тибет 29 028 240 70
Богота, Колумбия 11 490 495 88
Денвер, Колорадо 5280 633 95
Вашингтон, округ Колумбия 25 759 100
Мертвое море, Израиль/Иордания −1312 799 101.4

Резюме

Поскольку молекулы жидкости находятся в постоянном движении и обладают широким диапазоном кинетических энергий, в любой момент времени некоторая их часть обладает достаточной энергией, чтобы покинуть поверхность жидкости и перейти в газовую или паровую фазу. Этот процесс, называемый испарением или испарением , создает давление пара над жидкостью. Молекулы в газовой фазе могут столкнуться с поверхностью жидкости и снова войти в жидкость через конденсацию .В конце концов достигается стационарное состояние , в котором количество молекул, испаряющихся и конденсирующихся в единицу времени, одинаково, и система находится в состоянии динамического равновесия . В этих условиях жидкость проявляет характерное равновесное давление пара , которое зависит только от температуры. Мы можем выразить нелинейную зависимость между давлением пара и температурой как линейную зависимость, используя уравнение Клаузиуса-Клапейрона .Это уравнение можно использовать для расчета энтальпии испарения жидкости по измеренному давлению пара при двух или более температурах. Летучие жидкости — жидкости с высоким давлением паров, которые легко испаряются из открытого контейнера; нелетучие жидкости имеют низкое давление паров. Когда давление пара становится равным внешнему давлению, внутри жидкости образуются пузырьки пара, и она закипает. Температура, при которой вещество кипит при давлении 1 атм, является его нормальной температурой кипения .

Ключевые выводы

  • Равновесное давление паров жидкости зависит от температуры и действующих межмолекулярных сил.
  • Связь между давлением, энтальпией испарения и температурой определяется уравнением Клаузиуса-Клапейрона.

Ключевые уравнения

Уравнение Клаузиуса–Клапейрона

Уравнение 11.1: ln P=-ΔHvapR(1T)+C

Использование давления паров при двух температурах для расчета Δ Х пар

Уравнение 11.2: ln (P2P1)=-ΔHvapR(1T2-1T1)

Концептуальные проблемы

  1. Какая связь между точкой кипения, давлением паров и температурой вещества и атмосферным давлением?

  2. В чем разница между летучей жидкостью и нелетучей жидкостью? Предположим, что два жидких вещества имеют одинаковую молекулярную массу, но одно из них летучее, а другое нелетучее.Какие различия в молекулярной структуре двух веществ могут объяснить различия в летучести?

  3. В «бабушкиной сказке» говорится, что нанесение этанола на запястья ребенка с очень высокой температурой поможет снизить температуру, поскольку кровеносные сосуды на запястьях расположены близко к коже. Есть ли научная основа для этой рекомендации? Будет ли вода столь же эффективна, как этанол?

  4. Почему воздух над полосой травы значительно холоднее, чем воздух над песчаным пляжем всего в нескольких футах от него?

  5. Если бензин находится в открытом контейнере, он часто кажется намного холоднее, чем окружающий воздух.Объясните это наблюдение. Опишите поток тепла в систему или из нее, а также любой происходящий перенос массы. Будет ли температура запечатанной канистры с бензином выше, ниже или такой же, как у открытой канистры? Поясните свой ответ.

  6. Какая связь между давлением паров жидкости и

    1. его температура?
    2. площадь поверхности жидкости?
    3. давление других газов на жидкость?
    4. его вязкость?
  7. При температуре 25°C давление паров бензола равно 12.5 кПа, тогда как давление паров уксусной кислоты составляет 2,1 кПа. Что более изменчиво? Основываясь на межмолекулярных взаимодействиях в двух жидкостях, объясните, почему уксусная кислота имеет более низкое давление паров.

Числовые задачи

  1. Ацетилен (C 2 H 2 ), который используется для промышленной сварки, перевозится в баллонах под давлением.Давление паров при различных температурах приведено в следующей таблице. Нанесите данные на график и используйте свой график, чтобы оценить давление паров ацетилена при 293 К. Затем используйте свой график, чтобы определить значение Δ H vap для ацетилена. Сколько энергии потребуется, чтобы испарить 2,00 г ацетилена при температуре 250 К?

    Т (К) 145 155 175 200 225 250 300
    Р (мм рт.ст.) 1.3 7,8 32,2 190 579 1370 5093
  2. В следующей таблице указано давление паров воды при различных температурах.Нанесите данные и используйте свой график для оценки давления паров воды при 25°C и 75°C. Каково давление паров воды при 110°С? Используйте эти данные, чтобы определить значение Δ H vap для воды.

    Т (°С) 0 10 30 50 60 80 100
    Р (мм рт.ст.) 4.6 9,2 31,8 92,6 150 355 760
  3. Δ H vap четыреххлористого углерода равен 29.8 кДж/моль, нормальная температура кипения 76,8°С. Какова его температура кипения при 0,100 атм?

  4. Нормальная температура кипения натрия составляет 883°С. Если Δ H vap равно 97,4 кДж/моль, каково давление пара (в миллиметрах ртутного столба) над жидким натрием при 300°C?

  5. Если давление паров жидкости равно 0.850 атм при 20°С и 0,897 атм при 25°С, какова нормальная температура кипения жидкости?

  6. Если давление паров жидкости составляет 0,799 атм при 99,0°С и 0,842 атм при 111°С, какова нормальная температура кипения жидкости?

  7. Давление паров жидкости SO 2 равно 33.4 торр при -63,4°C и 100,0 торр при -47,7 К.

    1. Что такое Δ H vap SO 2 ?
    2. Каково давление пара при температуре -24,5 К?
    3. При какой температуре давление пара равно 220 торр?
  8. Давление паров CO 2 при различных температурах указано в следующей таблице:

    Т (°С) −120 −110 −100 −90
    Р (торр) 9.81 34,63 104,81 279,5
    1. Что такое Δ H vap в этом диапазоне температур?
    2. Каково давление паров CO 2 при −70°C?
    3. При какой температуре CO 2 имеет давление паров 310 торр?

ответы

  1.  

    давление паров

    при 273 К составляет 3050 мм рт.ст.; Δ H vap  = 18.7 кДж/моль, 1,44 кДж

  2. Δ H пар = 28,9 кДж/моль, n -гексан

  3. Δ H vap  = 7.81 кДж/моль, 36°C

Замораживание и кипячение

Замораживание и кипячение

Повышение температуры кипения/точка замерзания Депрессия

Снижение давления паров вещества имеет очевидный эффект по температуре кипения; температура кипения повышается.АД повышается, потому что требуется больше энергии, чтобы давление паров растворителя достигло внешнее давление.

Логика/рисунок, который использовался для объяснения давления паров понижение может быть использовано для объяснения изменения температуры кипения. Там меньше молекул растворителя на поверхности способны к испарению, поэтому давление пара падает. Таким образом, температура кипения должно быть увеличено.

Другим последствием пониженного давления пара является уменьшение Точка замерзания.Это тоже можно объяснить картинкой.

Вместо изучения границы пар-жидкость мы посмотрите на границу раздела твердое тело-жидкость.

При нормальной температуре плавления твердого вещества определяется для материалов ниже 1 банкомат давления как температуры, при которой твердое тело находится в равновесие с жидкостью.

При температуре замерзания скорость плавления твердого вещества равна до скорости замерзания жидкости A . Если растворенное вещество введенная скорость, при которой твердое тело плавится, не меняется, а поскольку рядом с твердым телом находится меньше молекул жидкости, скорость при которых жидкость замерзает каплями—( B ) три молекулы плавятся и замерзает только одно — равновесия больше нет, и твердое тело тает.Для восстановления равновесия скорость, с которой твердое тело расплавы должны быть снижены; т. е. температура должна быть снижена.


Изменение как точки замерзания, так и точки кипения прямо пропорциональна количеству вещества, растворенного в раствор

То есть;

а также

 

Поскольку K является положительным как для повышения точки кипения, так и для депрессия точки замерзания на повышение АД и для понижения точки замерзания необходимо рассчитывать по-другому.

Простой способ запомнить это состоит в том, что для депрессии замерзания — это величина точки замерзания депрессивное (или пониженное) и для повышения точки кипения — это величина, на которую температура кипения повышенный (или приподнятый). Если вы помните направление, то имеете дело с знаки легкие.

Важно отметить, что K b и K f являются константы для данного материала, но варьируются от материала к материал.

 

K f для воды 1.86 °C•кг•моль -1 ; тогда как K f для бензол 5,12 °C•кг•моль -1 .

Свойства жидкостей

Свойства жидкостей

Свойства жидкостей

Что такое испарение?

Испарение – это процесс превращения жидкости в газ. Его также называют испарением. Поскольку мы знаем, что частицы газа движутся быстрее, чем частицы жидкости, необходимо затратить энергию, чтобы жидкость превратилась в газ.Наиболее распространенный способ добавления энергии в жидкостную систему — добавление тепла.

Когда жидкость набирает энергию, молекулы начинают двигаться быстрее. Если молекула находится на поверхности жидкости и имеет достаточную энергию, она может вырваться на свободу и стать молекулой газа. Как и во всем, что касается химии или жизни, существуют и другие факторы, определяющие, насколько легко молекула может вырваться из жидкости. Мы только что обсудили некоторые из них: межмолекулярные силы.

Чем сильнее межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, тем больше энергии потребуется, чтобы разъединить их.На практике это означает, что жидкость с сильными межмолекулярными силами должна быть нагрета до более высокой температуры, прежде чем она испарится.

Например: посмотрите на метан (CH 4 M.W. 16 г/моль) и воду (H 2 O 18 г/моль). Их молекулярные массы очень похожи, но их теплота испарения (сколько тепла на моль необходимо добавить, чтобы они испарились) очень разные. Вода имеет DH пар 40,7 кДж / моль, а метан имеет DH пар 8.2 кДж/моль. Метан на самом деле является газом при комнатной температуре из-за его низкой теплоты испарения.

Что такое конденсат?

Ну, противоположное испарению, конечно. Процесс фазового перехода газа в жидкость. И если вы должны добавить энергию/нагреть жидкость, чтобы превратить ее в газ, то вы должны удалить энергию или охладить газ, чтобы превратить его в жидкость. Есть смысл? да. Что еще имеет смысл, так это то, что количество энергии, необходимое для перехода из газа в жидкую фазу, будет таким же, как и для перехода из жидкости в газ, только противоположным по знаку.Таким образом, теплота испарения одинакова для обоих процессов, только положительная (эндогоническая/эндотермическая) для испарения и отрицательная (экзэргоническая/экзотермическая) для конденсации.

Еще одним свойством, влияющим на значение DH vap , является молекулярная масса или размер молекулы. Как правило, это связано с тем, что у вас больше поверхностных взаимодействий (лондонских сил) между более крупными молекулами, чем с малыми, а плотность более крупной молекулы обычно больше, чем плотность небольшой молекулы.Помните, что для того, чтобы попасть в воздух, молекула должна иметь меньшую плотность, чем окружающие ее молекулы воздуха. Таким образом, общая тенденция состоит в том, что по мере увеличения MW/размера молекулы DH vap будет увеличиваться. Исключения в тенденции будут возникать, когда небольшая молекула способна к более сильной межмолекулярной силе, например. HF по сравнению с HBr. HF образует водородные связи и, таким образом, имеет более высокое значение DH vap .

Итак, теперь, когда вы знаете все о том, что такое DH vap , какого черта нам это нужно? Что ж, вот реальное применение этого важного для всех нас значения: время высыхания лака для ногтей.Для лаков для ногтей, если вы хотите, чтобы лак высыхал быстрее, используйте растворитель с более низким значением DH испар . Например: в таблице 2 перечислены некоторые из наиболее распространенных растворителей, используемых в лаках для ногтей. Метилацетат является предпочтительным растворителем для большинства. Это связано с тем, что он не только быстро сохнет, но и частично растворяется в воде.

Еще один простой пример использования значения — определение количества теплоты, которое потребуется, чтобы вскипятить воду из кастрюли. DH vap для воды 40.7 кДж/моль. Если в вашем горшке 2,2 литра воды, и мы предполагаем, что плотность воды составляет ~ 1 г/мл, то масса воды в горшке составляет 2,2 x 10 90 281 3 90 282 грамма. Молекулярная масса воды составляет 18,0 г/моль, значит, мы имеем 2,2 x 10 90 281 3 90 282 грамма/18,0 г/моль = 122,2 моля воды. Теперь мы можем использовать коэффициент 40,7 кДж/моль, чтобы показать, что для испарения всей воды в горшке потребуется 122,2 моль x 40,7 кДж/моль = 4974,4 кДж энергии.

Что, если мы сделаем еще один шаг вперед? Давайте объединим некоторые концепции, которые мы изучили в CHM1045, с концепцией, которую мы только что обсудили, и решим следующую задачу: сколько тепловой энергии требуется для преобразования
5.00 кг льда при 0°С в 5,00 кг пара при 100°С?

Что нам нужно для расчета? Сначала нам нужно преобразовать лед из твердого состояния в жидкое, используя энтальпию плавления (значение, аналогичное теплоте парообразования, которое измеряет количество тепла, необходимое для превращения вещества из твердого состояния в жидкое), а затем нам нужно нагреть материал от 0 до 100 градусов и, наконец, нам нужно преобразовать его из жидкости в газ, используя теплоту парообразования.

Итак, теперь мы знаем три шага, которые нужно предпринять, нам нужно собрать наши коэффициенты преобразования для использования:

Шаг 1: Растопите твердый лед, для этого нам нужно знать DH fus льда, который составляет 335 кДж/кг.Таким образом, мы можем просто умножить количество кг на

.

Шаг 2: Нам нужно нагреть жидкую воду от 0 до 100 градусов Цельсия. Энергия (q), необходимая для этого, может быть рассчитана с использованием q= mcDT, где m — масса воды, DT — изменение температуры, а c — удельная теплоемкость воды (концепция CHM1045, описывающая, сколько тепловой энергии вещество может поглотить до того, как его температура повысится на один градус). Удельная теплоемкость воды 4,19 Дж/г o С.

Шаг 3: Превратите жидкую воду в пар при 100 o C.Для этого мы используем Теплоту испарения, как мы делали выше. (Примечание: если вы переведете единицы DH Vap из кДж/моль в кДж/кг, вы получите ~2300 кДж/кг)

 

Что такое давление паров?

Давление пара — это измеряемая величина, которая существует, когда жидкость и ее пар находятся в равновесии. Это возможно только в закрытых системах. Но учтите, что атмосфера Земли считается замкнутой системой. В гораздо меньших масштабах это будет, когда вы помещаете любую жидкость в герметичный контейнер.Молекулы на поверхности жидкости будут превращаться в молекулы газовой фазы и возвращаться в жидкость до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Это то, что мы называем «динамическим равновесием». Когда молекулы жидкости переходят в газовую фазу внутри контейнера, это увеличивает давление над жидкостью. Мера этого давления (за вычетом нормального атмосферного давления) дает нам давление паров жидкости. Чем выше это давление, тем более летучей считается жидкость.Давление пара также зависит от температуры системы. Жидкость по-прежнему будет иметь теплоту испарения, поэтому равновесное давление пара будет увеличиваться при более высоких температурах. не так ли?)

Практическое использование чисел давления пара:

Вы уезжаете на выходные и хотите, чтобы в клетке осталось достаточно воды для вашей птицы, чтобы она не умерла от жажды, пока вас нет.Если в вашей комнате в общежитии средняя температура составляет 21 o C, сколько литров воды вы должны вылить, чтобы ее хватило на все выходные?

Ну, при 21 o С давление паров воды ~18 мм рт.ст. Если мы предположим, что объем вашей комнаты в общежитии составляет около 5,0 x 10 90 281 4 90 282 л, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы определить, сколько воды испарится, и просто убедиться, что птице доступно больше воды.

49.09 молей воды составляют всего около 883 г воды или ~883 мл, поэтому, если мы оставим что-то сверх этого для птицы, она не испарится, и с птицей все будет в порядке!

 

Несколько замечаний по приведенному выше расчету: 1) если бы помещение было больше, потребовалось бы испарить больше воды, прежде чем было бы достигнуто равновесное давление пара, и 2) если бы температура в помещении была выше, равновесное давление пара было бы равно также выше. Давление пара зависит от температуры!

Таким образом, для практического использования нам нужно знать, как давление пара меняется с температурой (таким образом вы можете оставить свою птицу в чужом доме, да! Даже если в его доме нет кондиционера).К сожалению, мы быстро видим, что большинство взаимосвязей давления пара с температурой не являются линейными, что делает прогнозы трудными, если не невозможными. Бу!

Не бойся, Клаузиус-Клапейрон уже здесь! Немец и француз зашли в бар… нет, это другая история. Как бы то ни было, немецкий физик по имени Клаузиус вместе с французским физиком по имени Клапейрон разработал изящное маленькое уравнение, которое преобразует нелинейную зависимость между давлением пара и температурой в линейную, используя давление и температуру вещества в двух точках.

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

 

 

По сути, вы можете использовать это уравнение для различных целей: 1) Вы можете рассчитать теплоту испарения вещества, дважды измерив его температуру и давление. 2) Вы можете определить давление пара вещества при любой температуре, если вы знаете его DH vap и температуру и давление в другой точке.

Самая большая проблема, с которой учащиеся сталкиваются с этим уравнением, заключается в их неспособности выполнить математические манипуляции, связанные с его решением.Чтобы попрактиковаться в некоторых задачах, нажмите здесь .

И еще несколько определений:

Точки кипения:

Температура кипения жидкости – это температура , при которой жидкость превращается в газ. Если атмосферное давление при этой температуре равно 1 атмосфере или 760 мм ртутного столба, то эта температура называется нормальной температурой кипения жидкости. Таким образом, точки кипения зависят от давления.(Чем ниже атмосферное давление, тем ниже температура кипения и наоборот). Это связано с тем, что атмосферное давление давит на поверхность жидкости и удерживает ее на поверхности. Когда давление паров жидкости равно или превышает атмосферное давление, произойдет кипение (или, другими словами, будет образовываться пар), и молекулы газовой фазы улетучиваются с поверхности жидкости (вы видите это как пузырьки).

Критическая температура и давление:

Температура и давление, при которых граница между жидкой и газовой фазами стирается, называются соответственно критической температурой и критическим давлением.При очень высоких температурах и давлениях вещества по своим свойствам напоминают свойства как жидкости, так и газа.

Сверхкритические жидкости:

Сверхкритическая жидкость (SCF) определяется как вещество, температура которого выше критической (TC) и критического давления (PC). Критическая точка представляет собой самую высокую температуру и давление, при которых вещество может существовать в виде пара и жидкости в равновесии. Это явление можно легко объяснить, обратившись к фазовой диаграмме чистого диоксида углерода (рисунок ниже).На этом рисунке показаны области, где углекислый газ существует в виде газа, жидкости, твердого вещества или в виде СКФ. Кривые представляют температуры и давления, при которых две фазы сосуществуют в равновесии (в тройной точке сосуществуют три фазы). Кривая сосуществования газа и жидкости известна как кривая кипения. Если мы движемся вверх по кривой кипения, увеличивая и температуру, и давление, то жидкость становится менее плотной из-за теплового расширения, а газ становится более плотным по мере роста давления.В конце концов плотности двух фаз сходятся и становятся одинаковыми, различие между газом и жидкостью исчезает, и кривая кипения заканчивается в критической точке. Критическая точка для диоксида углерода возникает при давлении 73,8 бар и температуре 31,1°C.


Поверхностное натяжение:

Молекулы на поверхности жидкости удерживаются в жидкости благодаря межмолекулярным притяжениям со стороны молекул, находящихся под ними и рядом с ними.Поверхностное натяжение выражается в эрг/см 2 или дин/см. Оно возникает из-за того, что у атомов на поверхности отсутствуют связи. Энергия высвобождается при образовании связей, поэтому наиболее стабильная низкоэнергетическая конфигурация имеет наименьшее количество отсутствующих связей. Таким образом, поверхностное натяжение пытается минимизировать площадь поверхности, в результате чего жидкости образуют сферические капли и позволяют насекомым ходить по поверхности, не тонув.

Капиллярное действие:

Капиллярное действие — физический эффект, вызванный взаимодействием жидкости со стенками тонкой трубки.Капиллярный эффект зависит от способности жидкости смачивать конкретный материал. Жидкостью, для которой этот эффект чаще всего наблюдается, является вода, потому что вода способна к сильному поверхностному взаимодействию и потому что вода вездесуща.

Вода поднимается вверх по тонкой стеклянной трубке из-за сильных взаимодействий водородных связей между водой и кислородом (и концевыми атомами водорода) на поверхности стекла (SiO 2 ; поверхностный кислород обычно связан с водородом).Энергетический выигрыш от новых межмолекулярных взаимодействий должен быть уравновешен гравитацией, которая пытается утянуть жидкость обратно вниз. Следовательно, чем уже трубка, тем выше поднимется жидкость, ведь узкий столбик жидкости весит меньше, чем толстый.

Это процесс, посредством которого растения поглощают влагу из почвы.

Вязкость:

Вязкость — это внутреннее свойство жидкости, которое оказывает сопротивление течению.

Температура кипения — MCAT Физический

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

 

Формула

точек кипения | Формула повышения температуры кипения и примеры решений

По определению, точка кипения — это температура, при которой давление паров жидкости равняется давлению окружающей среды, и жидкость превращается в пар.Явление кипения зависит от давления, и, следовательно, температура кипения жидкости может меняться в зависимости от окружающего давления. Например, из-за изменения атмосферного давления на разных высотах вода кипит при 100°C (212°F) на уровне моря, но при 93,4°C (200,1°F) на высоте 1905 метров (6250 футов). При одном и том же давлении разные жидкости будут кипеть при разных температурах.

Повышение температуры кипения 

Мы знаем, что чистая вода кипит при 100°C при давлении 1 атм, но если мы добавим в эту воду небольшое количество соли, с температурой кипения произойдет интересная вещь.Экспериментально доказано, что добавление любой формы нелетучих растворимых веществ в жидкость увеличивает ее температуру кипения. Величина, на которую изменяется точка кипения, прямо пропорциональна количеству добавленного растворимого вещества.

Пусть T 0 b обозначает температуру кипения чистой жидкости, а T b обозначает температуру кипения раствора (растворенное вещество + чистая жидкость). Тогда 

\[ \Delta T_{b} \alpha {m} \]

\[ \Delta T_{b} = K_{b} \times {m} \]

Где, ΔT b = T 0 b − T b    — высота кипения,

‘m’ — моляльность,

‘K b ‘ — молярная высота, температура кипения или эбуллиоскопическая постоянная, значение которой зависит только от на растворителе

Далее уравнение может быть записано как растворенного вещества, » — молярная масса растворенного вещества, а ‘W’ — вес растворителя в граммах.

Пример: Как изменится температура кипения, если 147 г молочной кислоты (C 6 H 1 0 5 ) растворить в 647 г циклогексана (C 6 H 12 )? Константа температуры кипения циклогексана составляет 2,79°С/м.

Решение: Определите молильность раствора молочной кислоты

м = (147 г / 162,14 г / моль) / 0,647 кг = 1,40127

Δt B = K B M

Δt B = (2.79 °C кг моль-1) (1.40127 моль/кг) 

ΔT b = 3,91°C

Примеси и температура кипения

При добавлении примеси или растворенного вещества (нелетучего) в кипящую жидкость температура ее кипения повысится. Это указывает на то, что растворы, как правило, имеют более высокую температуру кипения по сравнению с чистыми растворителями.

Например, если вы добавите в кипящую воду нелетучие примеси, такие как сахар или немного соли, ее температура кипения повысится.

Вопрос: Решение 10.0 г нелетучего недиссоциирующего соединения, растворенного в 0,200 кг бензола, кипит при 81,2 °С. Рассчитайте молекулярную массу соединения. Эбуллиоскопическая постоянная для бензола: 2,53 °C/м и температура кипения чистого бензола: 80,1 °C моль

(г) 100 г/моль

Ответ: (а)

Решение:

ΔT b = \[\frac{1000 \times K_b \times w}{M \times W}\ ] 

1.1 =  \[\frac{1000 \times 2,53 \times 10}{M \times 200}\]

M = 115 г/моль 

Интересные факты

  • собираешься найти точку кипения там снижена? Это в основном потому, что чем выше температура, тем больше пара вы найдете!

  • Вы можете кипятить воду, чтобы использовать ее в качестве дезинфицирующего средства. Да! Это связано с тем, что когда вы кипятите воду, микроорганизмы и бактерии повреждаются из-за ее обжигающего тепла, в результате чего ее можно легко использовать в качестве отличного средства для дезинфекции и уборки вашего дома.Всего около минуты кипячения воды достаточно, чтобы убить микроорганизмы.

  • Как известно, растворитель — это жидкость, которую можно использовать для разбавления и/или растворения раствора. Но знаете ли вы, что вода — отличный и мощный растворитель? Ряд соединений можно растворить с использованием воды. Например, люди часто используют его в качестве растворителя для своих напитков, таких как кофе и/или чай.

  • Хотя добавление различных типов растворенных веществ в воду при ее кипении приводит к изменению ее температуры кипения путем ее повышения, спирт является типом летучего растворенного вещества, которое при добавлении к воде приводит к снижению температуры кипения воды.

  • Вода имеет тенденцию кипеть при относительно более низкой температуре, если ее кипятят на большей высоте.

Vedantu предоставляет подробные и подробные объяснения множества концепций, а также примеры, проблемы и решения, необходимые таблицы, формулы и т. д. того же самого. Учебный материал, предоставляемый Vedantu, также прост для понимания и увлекателен, что помогает учащимся учиться с легкостью и минимумом хлопот.

Wikizero — Температура кипения

Температура, при которой вещество превращается из жидкости в пар

Температура кипения вещества – это температура, при которой давление паров жидкости равняется давлению, окружающему жидкость [1] [2] и жидкость превращается в пар.

Температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Жидкость в частичном вакууме имеет более низкую температуру кипения, чем когда эта жидкость находится при атмосферном давлении. Жидкость при высоком давлении имеет более высокую температуру кипения, чем при атмосферном давлении. Например, вода кипит при 100 °C (212 °F) на уровне моря, но при 93,4 °C (200,1 °F) на высоте 1905 метров (6250 футов) [3] над уровнем моря. При одном и том же давлении разные жидкости будут кипеть при разных температурах.

Нормальная точка кипения (также называемая точкой кипения при атмосферном давлении или точкой кипения при атмосферном давлении ) жидкости является особым случаем, когда давление паров жидкости равно определенному атмосферному давлению на уровне моря, одна атмосфера. [4] [5] При этой температуре давление паров жидкости становится достаточным для преодоления атмосферного давления и образования пузырьков пара внутри объема жидкости.Стандартная точка кипения определяется IUPAC с 1982 года как температура, при которой происходит закипание под давлением в один бар. [6]

Теплота парообразования — это энергия, необходимая для превращения данного количества (моль, кг, фунт и т. д.) вещества из жидкости в газ при заданном давлении (часто атмосферном).

Жидкости могут превращаться в пар при температурах ниже точки их кипения в процессе испарения. Испарение — это поверхностное явление, при котором молекулы, расположенные у края жидкости и не удерживаемые достаточным давлением жидкости с этой стороны, улетучиваются в окружающую среду в виде пара.С другой стороны, кипение — это процесс, при котором молекулы в любом месте жидкости улетучиваются, что приводит к образованию пузырьков пара внутри жидкости.

Температура и давление насыщения[править]

Демонстрация более низкой точки кипения воды при более низком давлении, достигаемой с помощью вакуумного насоса.

насыщенная жидкость содержит столько тепловой энергии, сколько может без кипения (или, наоборот, насыщенный пар содержит столько тепловой энергии, сколько может без конденсации).

Температура насыщения означает температуру кипения . Температура насыщения – это температура при соответствующем давлении насыщения, при котором жидкость переходит в паровую фазу. Можно сказать, что жидкость насыщена тепловой энергией. Любое добавление тепловой энергии приводит к фазовому переходу.

Если давление в системе остается постоянным (изобарическим), пар при температуре насыщения начнет конденсироваться в жидкую фазу по мере удаления тепловой энергии (тепла).Точно так же жидкость при температуре и давлении насыщения будет кипеть в свою паровую фазу при приложении дополнительной тепловой энергии.

Температура кипения соответствует температуре, при которой давление паров жидкости равно давлению окружающей среды. Таким образом, температура кипения зависит от давления. Температуры кипения могут быть опубликованы по отношению к стандартному давлению NIST, США 101,325 кПа (или 1 атм) или стандартному давлению ИЮПАК 100,000 кПа. На больших высотах, где атмосферное давление намного ниже, температура кипения также ниже.{-1}}

где:

TB{\displaystyle T_{B}} — температура кипения при давлении проценты,
R{\displaystyle R} — постоянная идеального газа,
P{\displaystyle P} — давление паров жидкости,
P0{\displaystyle P_{0}} — некоторое давление, при котором соответствующее T0 {\displaystyle T_{0}} известна (обычно данные доступны при 1 атм или 100 кПа),
ΔHvap{\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}} — теплота парообразования жидкости,
T0{\displaystyle T_{0}} — температура кипения,
ln{\displaystyle \ln} — натуральный логарифм. итм.

Давление насыщения — это давление при соответствующей температуре насыщения, при которой жидкость переходит в паровую фазу. Давление насыщения и температура насыщения имеют прямую зависимость: по мере увеличения давления насыщения увеличивается и температура насыщения.

Если температура в системе остается постоянной (изотермическая система ), пар при давлении и температуре насыщения начнет конденсироваться в жидкую фазу по мере увеличения давления в системе.Точно так же жидкость при давлении и температуре насыщения будет иметь тенденцию мгновенно переходить в паровую фазу при снижении давления в системе.

Существует два соглашения относительно стандартной точки кипения воды : Нормальная точка кипения составляет 99,97 °C (211,9 °F) при давлении 1 атм (т. е. 101,325 кПа). IUPAC рекомендовал стандартную температуру кипения воды при стандартном давлении 100 кПа (1 бар) [7] составляет 99,61 ° C (211,3 ° F). [6] [8] Для сравнения, на вершине горы Эверест на высоте 8 848 м (29 029 футов) давление составляет около 34 кПа (255 торр) [9] , а температура кипения воды составляет 71 °С (160 °F).Температурная шкала Цельсия определялась до 1954 года двумя точками: 0 °C определялась точкой замерзания воды, а 100 °C определялась точкой кипения воды при стандартном атмосферном давлении.

Зависимость между нормальной точкой кипения и давлением пара жидкостей

Логарифмическая диаграмма давления пара для различных жидкостей , температура кипения при атмосферном давлении) жидкости.

Диаграмма давления пара справа содержит графики зависимости давления пара от температуры для различных жидкостей. [10] Как видно из диаграммы, жидкости с самым высоким давлением паров имеют самые низкие нормальные температуры кипения.

Например, при любой заданной температуре хлористый метил имеет самое высокое давление паров среди всех жидкостей в таблице. Он также имеет самую низкую нормальную температуру кипения (-24,2 ° C), при которой кривая давления пара метилхлорида (синяя линия) пересекает горизонтальную линию давления в одну атмосферу (атм) абсолютного давления пара.

Критическая точка жидкости — это самая высокая температура (и давление), при которой она действительно может закипеть.

См. также Давление паров воды.

Свойства элементов[править]

Элемент с самой низкой температурой кипения – гелий. Обе точки кипения рения и вольфрама превышают 5000 К при стандартном давлении; поскольку трудно точно измерить экстремальные температуры без предвзятости, оба они упоминаются в литературе как имеющие более высокую температуру кипения. [11]

Температура кипения как эталонное свойство чистого соединения температура кипения может служить показателем общей летучести этого соединения. Данное чистое соединение имеет только одну нормальную температуру кипения, если таковая имеется, и нормальные температуры кипения и плавления соединения могут служить характерными физическими свойствами для этого соединения, указанными в справочниках.Чем выше нормальная температура кипения соединения, тем менее летучим является это соединение в целом, и, наоборот, чем ниже нормальная температура кипения соединения, тем более летучим является это соединение в целом. Некоторые соединения разлагаются при более высоких температурах, прежде чем достигают своей нормальной точки кипения, а иногда даже точки плавления. Для стабильного соединения температура кипения колеблется от тройной точки до критической точки в зависимости от внешнего давления. За пределами тройной точки нормальная температура кипения соединения, если таковая имеется, выше, чем его точка плавления.За пределами критической точки жидкая и паровая фазы соединения сливаются в одну фазу, которую можно назвать перегретым газом. При любой заданной температуре, если нормальная температура кипения соединения ниже, то это соединение обычно существует в виде газа при атмосферном внешнем давлении. Если нормальная температура кипения соединения выше, то это соединение может существовать в виде жидкости или твердого вещества при данной температуре при атмосферном внешнем давлении и, таким образом, будет существовать в равновесии со своим паром (если оно летучее), если его пары содержатся.Если пары соединения не удерживаются, то некоторые летучие соединения могут в конечном итоге испариться, несмотря на их более высокие температуры кипения.

Обычно соединения с ионными связями имеют высокие нормальные температуры кипения, если они не разлагаются до достижения таких высоких температур. Многие металлы имеют высокие температуры кипения, но не все. В общем случае — при прочих равных условиях — в соединениях с ковалентно связанными молекулами по мере увеличения размера молекулы (или молекулярной массы) нормальная температура кипения увеличивается.Когда размер молекулы становится размером с макромолекулу, полимер или что-то еще очень большое, соединение часто разлагается при высокой температуре до достижения точки кипения. Еще одним фактором, влияющим на нормальную температуру кипения соединения, является полярность его молекул. По мере увеличения полярности молекул соединения его нормальная температура кипения увеличивается при прочих равных условиях. Тесно связана способность молекулы образовывать водородные связи (в жидком состоянии), что затрудняет выход молекул из жидкого состояния и, таким образом, повышает нормальную температуру кипения соединения.Простые карбоновые кислоты димеризуются, образуя водородные связи между молекулами. Незначительным фактором, влияющим на температуру кипения, является форма молекулы. Создание более компактной формы молекулы имеет тенденцию немного снижать нормальную температуру кипения по сравнению с эквивалентной молекулой с большей площадью поверхности.

N
Сравнение бутана (C 4 H 10 ) Точки кипения изомера
N -Butane Isobutane Isobutane
IUPAC Имя Butane 2-метилпропан
Молекулярная
форма
Температура кипения
(°C)
−0.5 -11.7
N -Pentane

Isopentane
Сравнение Pentane Isomer Coving Point
Isopentane Neopentane
IUPAC Имя Pentane 2-метилбутан 2,2-диметилпропан
Молекулярная
форма
0 27,7 9,5
Бинарная диаграмма температур кипения двух гипотетических только слабо взаимодействующих компонентов без азеотропа чтобы в конечном итоге перейти в паровую фазу. По сравнению с кипячением сублимация — это физическое превращение, при котором твердое вещество превращается непосредственно в пар, что происходит в некоторых избранных случаях, например, с диоксидом углерода при атмосферном давлении.Для таких соединений точкой сублимации называется температура, при которой твердое тело, превращающееся непосредственно в пар, имеет давление паров, равное внешнему давлению.

Примеси и смеси[править]

В предыдущем разделе были рассмотрены температуры кипения чистых соединений. На давление пара и температуру кипения веществ может влиять присутствие растворенных примесей (растворенных веществ) или других смешивающихся соединений, причем степень влияния зависит от концентрации примесей или других соединений.Присутствие нелетучих примесей, таких как соли или соединения, летучесть которых намного ниже, чем у основного компонента соединения, снижает его мольную долю и летучесть раствора и, таким образом, повышает нормальную температуру кипения пропорционально концентрации растворенных веществ. Этот эффект называется повышением точки кипения . Например, соленая вода кипит при более высокой температуре, чем чистая вода.

В других смесях смешивающихся соединений (компонентов) могут быть два или более компонентов с различной летучестью, каждый из которых имеет свою собственную температуру кипения чистого компонента при любом заданном давлении.Присутствие других летучих компонентов в смеси влияет на давление паров и, следовательно, на точки кипения и точки росы всех компонентов смеси. Точка росы – это температура, при которой пар конденсируется в жидкость. Кроме того, при любой заданной температуре состав пара в большинстве таких случаев отличается от состава жидкости. Чтобы проиллюстрировать эти эффекты между летучими компонентами в смеси, обычно используется диаграмма температуры кипения .Дистилляция — это процесс кипения и [обычно] конденсации, в котором используются различия в составе жидкой и паровой фаз.

9

9182
Группа → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 14 14 16 17 17 18 18
1 9017 H 2 20.271 K
(-252.879 ° C)


he4.222 K
(-268.928 ° C)
2 Li1603 K
(1330 ° C)
BE2742 K
(2469 ° C)


B 4200 K
(3927 ° C)
(3927 ° C)
C 3915 K (SUBL.)
(3642 ° C)
(3642 ° C)
N 2 77.355 K
(-195.795 ° C)
O 2 90,188 К
(-182,962 °С)
F 2 85,03 К
(-188,11 °С)
Ne27.104 K
(-246.046 ° C)
3 NA1156.090 K
(882.940 ° C)
MG1363 K
(1091 ° C)

AL2743 K
(2470 ° C)
Si3538 K
(3265 ° C)
(3265 ° C)
P 553,7 к
(280,5 ° C)
(280,5 ° C)
(280,5 ° C)
S 717,8 к
(444,6 ° C)
CL 2 239.11 K
(-34,04 ° C)
AR87. 302 K
(-185.848 ° C)
4 K 1032 K
(759 ° C)
CA1757 K
(1484 ° C)
SC3109 K
(2836 ° C)
Ti3560 К
(3287°С)
В 3680 К
(3407°С)
Cr2945.15 к
(2672,0 ° C)
MN2334 K
(2061 ° C)
(2061 ° C)
Fe3134 K
(2861 ° C)
CO3200 K
(2927 ° C)
NI3003 K
(2730 ° C)
CU2835 K
(2562 ° C)
(2562 ° C)
ZN1180 K
(907 ° C)
GA2673 K
(2400 ° C)
GE3106 K
(2833 ° C)
AS887 K (SUBL.)
(615 ° C)
Se958 K
(685 °C)
Br 2 332,0 K
(58,8 °C)
Kr119.735 K
(-153.415 ° C)
5 5 RB961 K
(688 ° C)
SR1650 K
(1377 ° C)
Y 3203 K
(2930 ° C)
ZR4650 K
(4377 ° C)
NB5017 K
(4744 ° C)
(4744 ° C)
MO4912 K
(4639 ° C)
TC4538 K
(4265 ° C)
RU4423 K
(4150 ° C)
RH4968 K
(3695 ° C)
PD3236 K
(2963 ° C)
(2963 ° C)
(2963 ° C)
AG2483 K
(2210 ° C)
CD1040 K
(767 ° C)
IN2345 K
(2072 ° C)
SN2875 K
(2602°C)
Sb1908 K
(1635°C)
Te1261 K
(988°C)
I 2 457.4 к
(184,3 ° C)
xe165.051 K
(-108.099 ° C)
6 CS944 K
(671 ° C)
BA2118 K
(1845 ° C)
LU3675 K
(3402 ° C)
(3402 ° C)
HF4876 K
(4603 ° C)
TA5731 K
(5458 ° C)
W 6203 K
(5930 ° C)
Re5900.15 K
(5627,0 ° C )
OS5285 K
(5012 ° C)
(5012 ° C)
IR4403 K
(4130 ° C)
(4130 ° C)
PT4098 K
(3825 ° C)
AU3243 K
(2970 ° C)
HG629.88 K
(356,73 °37 (356.73 ° C)
TL1746 K
(1473 ° C)
(1473 ° C)
PB2022 K
(1749 ° C)
Bi1837 K
(1564 ° C)
PO1235 K
(962 ° C)
AT 2 503 ± 3 K
(230 ± 3 ° C)
RN211,5 K
(-61,7 ° C)
(-61,7 ° C)
7 FR950 K
(677 ° C)
RA2010 K
( 1737 ° C)
LR RF5800 K
(2100 ° C)
дБ SG BH HS MT DS RG CN340 ± 10 K
(67 ± 10 K
10 ° C)
NH2430 K
(1130 ° C)
(1130 ° C)
FL380 K
(107 ° C)
MC ~ 1400 K
(~ 1100 ° C)
LV1035-1135 K
(762-862 ° C )
TS883 K
(610 ° C)
(610 ° C)
OG450 ± 10 K
(177 ± 10 ° C)

LA3737 K
(3464 ° C)
CE3716 K
(3443 ° C) 6
PR3403 K
(3130 ° C)
ND3347 K
(3074 ° C)
(3074 ° C)
PM3273 K
(3000 ° C)
SM2173 K
(1900 ° C)
EU1802 K
(1529 ° C)
(1529 ° C)
(1529 ° C)
(1529 ° C)
GD3273 K
(3000 ° C)
TB3396 K
(3123 ° C)
DY2840 K
(2567 ° C)
HO2873 K
(2600 ° C)
ER3141 K
(2868 ° C)
(2868 ° C)
(2868 ° C)
TM2223 K
(1950 ° C)
YB1469 K
(1196 ° C)
AC3471 K
(3198 ° C)
TH5061 K
( 4788 °C)
Pa4300? K
(4027°C)
U 4404 K
(4131°C)
Np4175.15 K
(3902,0 ° C)
PU3508.15 K
(3235,0 ° C)
(3235,0 ° C)
(3235,0 ° C)
AM2880 K
(2607 ° C)
(2607 ° C)
CM3383 K
(3110 ° C)
BK2900 K
(2627 ° C)
CF1743 K
(1470 ° C)
(1470 ° C)
(1470 ° C)
ES1269
(996 ° C)
FM MD NO
Legend
Значения находятся в Кельвине К и Цельсию ° C, округлые
для эквивалента в Фаренгейте ° F, см.: Кипящие точки элементов (страница данных)
Некоторые значения предсказания

см.

Голдберг, Дэвид Э. ДеВо, Ховард (2000). Термодинамика и химия (1-е изд.). Прентис-Холл. ISBN 0-02-328741-1 .

Внешние ссылки[править]

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

Содержание

Темы Страница Номер

 

Дистилляция А-1

Рефлюкс А-5

Жидкостная экстракция A-6

Рекристаллизация А-7

Газовая хроматография A-9

Инфракрасный анализ A-10

 

 

При нагревании чистой воды в перегонном аппарате, показанном на рис. 1, наблюдается повышенная тенденция для выхода молекул с поверхности жидкости ( дистилляция ).Таким образом, давление паров жидкости увеличивается до тех пор, пока не станет равным атмосферное давление и жидкость начинает кипеть. Постоянные поставки тепла теплота парообразования, необходимая для дальнейшего превращения жидкости в газ. Таким образом, пары поднимаются вверх, нагревают перегонный куб и начинают поступать в конденсатор. который охлаждается водой. Таким образом, пары, проходящие через конденсатор, охлаждают с получением жидкого конденсата, дистиллята , который можно собранные в приемную колбу.

 

Перегонку следует проводить постоянно и при такой скоростью, что колба термометра всегда несет каплю конденсата и купается в потоке пара. Тогда жидкость и пар находятся в равновесии вокруг колбу, а зарегистрированная температура является истинной точкой кипения жидкость. При чрезмерном нагреве пар становится перегретым, капля исчезает, нарушается парожидкостное равновесие и повышается температура выше точки кипения.

 

Поскольку все подаваемое тепло не немедленно рассеивается путем испарения, некоторый перегрев жидкости может происходить. Таким образом, термометр, погруженный в кипящую жидкость, зафиксирует температура чуть выше точки кипения, но градусник в парах место, показанное на рис. 1, фиксирует истинную температуру кипения, даже если жидкость перегретым или если он содержит нелетучий растворитель. Например, когда раствор сахара в воде перегоняют, температуру кипения записывают на термометр в паровой фазе составляет 100 градусов (на 760 мм) по всему дистилляция.При этом температура кипящей жидкости изначально несколько выше 100 градусов и продолжает повышаться по мере того, как сахарный раствор становится более концентрированный. Давление пара над сахарным раствором зависит от количество молекул воды и сахара в данном объеме. Следовательно давление пара при любой заданной температуре уменьшается с увеличением концентрации молекул нелетучих сахаров и уменьшающейся концентрации воды, а также для кипячения требуется более высокая температура.Однако молекулы сахара не раствор, а капля, прилипшая к колбе градусника, — чистая вода в равновесии с чистым водяным паром.

При перегонке в системе, открытой для воздуха, точка кипения – это температура, при которой давление кипящей жидкости равно атмосферному. Преобладающий

Следует отметить барометрическое давление

и поправку надо сделать

 

 

Рисунки 1-4: Настройки дистилляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1: Простая дистилляция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 2: Отлив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рисунок 3: Дробный Дистилляция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4: Концентрация растворителя

 

 

 

Примечание. Обязательно поддерживайте или закрепляйте все круглодонные колбы. и смажьте все соединения.Убедитесь, что все соединения герметичны и что охлаждающая вода поступает в нижний вход конденсатора и выходит из верхнего входа. Закрепите выходной шланг в чашечной раковине, чтобы предотвратить затопление лаборатории. На рисунках 1-4 все конденсаторы имеют водяное охлаждение, кроме вертикального на рис. 3, ректификационная колонна. При заметных отклонениях от нормального давления 760 мм по таблице, подобной Таблице I, также можно провести перегонку под вакуумом, создаваемым масляным или водяным насосом, со значительным снижением точка кипения.

 

 

 

СТОЛ I ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ В ОТНОШЕНИИ ДАВЛЕНИЯ

Кипячение под давлением Точка

Вода Бензол

780 мм 100,7 или С 81,2 или С

770 мм 100,4 или С 80,3 или С

760 мм 100,0 или С 80,1 или С

750 мм` 99,6 или С 79.9 или С

740 мм 99.3 или С 79.5 или С

584 мм* 92,8 или С 71,2 или С

 

*Institute de Quimica, Мехико, высота над уровнем моря 7700 футов (2310 метров)

 

Смеси летучих и смешивающиеся жидкости четыреххлористый углерод (т. кип. 76,8 град. С) и толуол (точка кипения 100,6°C) перегоняют при температуре, промежуточной между двумя точки кипения.Состав дистиллятов постепенно меняется. в процессе дистилляции. Поскольку оба вещества взаимно растворимы, каждый разбавляется другим и, как следствие, снижается давление пара, создаваемое смесью при любой заданной температуре. То смесь, однако, оказывает общее давление на атмосферу и кипит возникает, когда сумма двух парциальных давлений жидкостей равна атмосферное давление.

 

Азеотропный раствор смесь жидкостей определенного состава, которая перегоняется при постоянная температура без изменения состава.Температура кипения обычно ниже, чем у самого низкокипящего компонента, но иногда выше чем у самого высококипящего компонента; он никогда не находится в промежуточном состоянии спектр. Обыкновенный этиловый спирт представляет собой азеотроп т.кип. 78,1 градусов по Цельсию в составе из 95,5% этанола (точка кипения 78,4°С) и 4,5% воды (точка кипения 100,0°С) по весу. Азеотропный раствор 32,4% этанола и 67,6% бензола (т.кип. 80,1 градуса С) кипит при 68,2 градуса. Тройной азеотроп, содержащий 74.1% бензол, 18,5% этанол и 7,4% вода кипят при 64,2°С. Добавление бензола до 95% спирта и удаление воды в летучем азеотропе делает абсолютным этиловый спирт.

 

Фракционная перегонка

 

Метанол имеет кипящую точка (64,7°С) примерно на 35° ниже точки кипения воды, с что смешивается. Когда смесь равных объемов двух жидкостей после перегонки с использованием пробоотборника, изображенного на рис. 1, начальная температура кипения составляет немного выше, чем у метанола, а конечная температура кипения немного ниже воды.Все фракции дистиллята оказались смесями, и мало достигается разделение двух компонентов. Использование эффективного ректификационная колонна заметно меняет ситуацию и обеспечивает резкое разделение из двух жидкостей. Фракционирующая колонна, показанная в сборке на рис. 3 содержит секцию чистящей губки из нержавеющей стали, которая образует пористую набивка для уравновешивания пара и конденсата. После метанол-вода смесь кипятят до тех пор, пока поднимающийся пар не прогреет колонку на всем протяжении длине менее летучая часть пара конденсируется и просачивается через щели в упаковке.Свежий пар из колбы пробивается вверх через нисходящий конденсат с сопутствующим теплообменом, так как пар горячее, чем капающий жидкий конденсат. Более изменчивая часть жидкость испаряется, а менее летучая часть пара конденсируется. Равновесия такого типа имеют место во всех частях колонны. Пар, который в конечном итоге переходит в приемник, сильно обогащается более летучими компонент, в то время как конденсат, который постоянно падает обратно в колбу, очищают от летучей жидкости и обогащают менее летучей.

Использование колонки показано на рисунке 3, можно осуществить резкое разделение смесь жидкостей, кипящих с разницей всего в 35 градусов; см. рисунок 5. Чтобы получить так Однако для успешного результата необходимо использовать очень однородный, постоянный источник тепла. и кипятите жидкость медленно и достаточно равномерно, чтобы обеспечить полное тепловое равновесие. между жидкостью и паром в колонне. При перегонке метанола и вода прогрессирует, из рис. 5 видно, что состав дистиллятные изменения.Метанол будет собираться первым, так как он более низкая температура кипения. Температура остается постоянной при температуре кипения метанол при перегонке. Далее температура быстро повышается до воды, при этом собирается небольшое количество дистиллята. Колба для сбора будет обычно изменяются при любом быстром повышении температуры, так что взяты разные фракции или пробы. Как только температура кипения воды, температура снова остается постоянной, пока вода перегоняется и собирается.Эффективность колонки повышается за счет изоляции колонка, набивая колонку стальной ватой и вводя небольшой конденсатор в самом верху колонны для частичной конденсации уже высокоректификованный пар. Аппарат фракционной перегонки позволяет наблюдение за работой колонны и продемонстрирует огромное эффективность по сравнению с простой дистилляцией.

 

СТОЛ II

Недвижимость растворителей

 

Растворитель Кипячение Pt Скрытая теплота поверхности

( o C) Напряжение испарения

(кал/грамм) (20 или С)

(дин/см)

Ацетон 56.5 125,3 23,7

Метанол 64,7 216,7 22,6

Гексан 68,7 79,2 18,4

Углерод

Тетрахлорид 76,7 46,4 26,8

Бензол 80.л 93,5 29,0

Вода 100,0 536,6 72,7

Толуол 110,6 86,8 28,4

Ксилол 137-144 93,4 28,9

 

С момента разлуки в ректификационной колонне зависит от уравновешивания тепла в многократные процессы парообразования и конденсации, эффективность разделения возрастает с увеличением разности теплот парообразования соответствующих жидкостей.Таблица II показывает, что теплота парообразования воды далеко превосходит любой из перечисленных органических растворителей. Таким образом, вода является особенно благоприятный компонент для выделения из смеси. Вода также превосходит органические жидкости по поверхностному натяжению, свойству, определяющему поведение конденсата на поверхности упаковки. Высокая теплота парообразования, высокое поверхностное натяжение и высокая температура кипения для вещества столь низкая молекулярная масса (сравните воду с аммиаком) — все это последствия высокая степень ассоциации молекул в жидкой воде.

 

 

 

 

 

Рисунок 5 Фракционирование смеси метанола (т. кип. 64,7 o С) и воды.

 

 

Паровая дистилляция

 

Как обсуждалось выше, температура кипения – это температура, при которой общее давление паров смеси равно атмосферному давлению. Когда две несмешивающиеся жидкости (жидкости, имеющие очень низкая растворимость друг в друге) нагреваются, каждая выделяет свой пар давление независимо друг от друга.Следовательно, температура кипения смеси намного ниже, чем это было бы для любого компонента или для смеси две жидкости, которые смешиваются.

 

Это свойство используется в процесс ПАРОВОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ, при котором соединение, которое практически не смешивается с водой, может быть перегнан при температуре значительно ниже ее нормальная температура кипения. Это имеет дополнительное преимущество, так как будет меньше разложение соединения из-за более низкой температуры.

 

 

Рефлюкс

 

Нагрев ускоряет скорость химической реакции за счет увеличения средней кинетической энергии молекул, так что большая часть молекул будет иметь достаточную энергию реагировать в данный момент. Использование реакционного растворителя с температурой кипения в пределах желаемого диапазона температур для реакции можно наиболее легко контролировать температура химической реакции.Реакцию проводят на температуры кипения растворителя, используя конденсатор с водяным охлаждением для возврата паров в реакционный сосуд и предотвратить их утечку. В этом суть рефлюкс. Это наиболее широко используемый метод проведения органических реакций. при повышенных температурах.

 

 

 

Жидкостная экстракция является одним из многих методов очистки или разделения, используемых в органических химия в дополнение к дистилляции и перекристаллизации.Бумага, тонкая пленка, колоночная, газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография — все это разделение методы, связанные с жидкостной экстракцией, в которых компоненты разделены на основе их относительной растворимости в двух разных фазах (несмешивающихся растворители). Как правило, полярные соединения склонны растворяться в полярных растворители и неполярные соединения склонны растворяться в неполярных растворителях; или больше кратко «подобное растворяется в подобном». Растворимость — это тоже температура зависимое свойство — большинство химических веществ могут растворяться при достаточном нагревании.Мы часто охлаждаем смесь, чтобы сделать ее менее растворимой, чтобы улучшить восстановление и выход. Мы будем использовать эти общие принципы для разделения соединений. в этом курсе.

 

Мы будет использовать жидкостную экстракцию или промывку, чтобы воспользоваться преимуществом различия в растворимости компонентов для очистки и разделения соединений. При жидкостно-жидкостной экстракции мы приводим два несмешивающихся (полностью взаимно нерастворимые) жидкости в контакте. Обычно это органические жидкости (органические растворитель) и вода.Если они не находятся в движении, два отдельных отдельных слоя будет образовываться нижняя жидкость с большей плотностью. Мы можем однако увеличить контакт между двумя жидкостями, встряхивая их в разделительная воронка. Следует позаботиться о том, чтобы запорный кран был закрыт до заполнения делительной воронки. Воронка также должна быть перевернута и вентилируется несколько раз во время процесса встряхивания, чтобы сбросить давление, если оно летучее используются жидкости. Всегда крепко держите стопор на месте, когда тряска.Попрактикуйтесь в использовании делительной воронки с водой, если вы никогда не использовали один раньше.

 

Предположим что органический раствор, содержащий нейтральное неполярное органическое соединение и карбоновую кислоту встряхивают с разбавленным водным раствором гидроксида натрия и затем дают постоять, пока два слоя не разделятся. Во время тряски процесс, ион гидроксида будет реагировать только с компонентом карбоновой кислоты смеси с образованием водорастворимого карбоксилатного аниона.Это меняет свойства растворимости кислоты и приводит к тому, что большая часть ее переходит из слой органической жидкости к слою гидроксид-ион-вода. Таким образом, карбоксилат-ион называется растворенным веществом и, как говорят, экстрагируется в водную (водная) фаза. Затем две фазы разделяют на две фракции: водный раствор гидроксида натрия, содержащий карбоксилатный анион в виде соли и органический слой, содержащий нейтральное соединение.

 

две фазы разделятся и сформируют два отдельных слоя на основе различий в полярность и плотность.Органический слой гораздо менее полярен и имеет гораздо более низкая плотность по сравнению с разбавленным раствором NaOH. Иногда разница полярность и/или плотность двух фаз могут быть недостаточно велики, чтобы разделение, вызывающее образование эмульсии. Разлука может когда-нибудь можно улучшить, добавляя больше каждого раствора или растворителя.

 

Это Важно отметить, что отдельные экстракции не обязательно приводят к полному разделения, и что может потребоваться многократное экстрагирование.В эксперименте 7 вы экстрагирует исходный органический раствор два раза водным раствором натрия раствор гидроксида для удаления кислоты и водорастворимых примесей из органический слой. Затем два водных экстракта объединяют и откладывают в сторону. водная фракция гидроксида натрия. Органический раствор дополнительно экстрагируют один раз дистиллированной водой для удаления водорастворимых примесей. Как только эти экстракции завершены, органический раствор должен содержать только «нейтральное» соединение.Несколько других экспериментов будут очищать продукты с использованием жидкостно-жидкостной экстракции или процесса промывки.

 

Осушители

 

Органические жидкости и растворы, отделенные от реакционной смеси или выделенные из натуральный продукт часто сохраняет следы воды. Большинство осушителей являются неорганическими. соли, образующие гидраты при химическом соединении с водой:

 

Нет 2 SO 4 + nH 2 O Na 2 SO 4 nH 2 O

 

Итак, сколько осушителя вы добавляете в убрать воду? Общее правило: один грамм осушителя на 25 мл. жидкость.Внимательно следите за тем, чтобы при добавлении достаточного количества осушителя он не комок при добавлении. Если он слипается, это не комплексообразование, потому что есть нет воды для комплексов!

 

 

Перекристаллизация

Принцип перекристаллизации достаточно прост (см. рисунок 6 на следующем страница). Очищаемое твердое вещество повторно растворяют в подходящем растворителе и медленнее переосаждаться или рекристаллизоваться, что предотвращает захват примесей в кристаллической решетке.

 

растворимость растворенного вещества в растворителе зависит не только от химического структура двух компонентов, но и температуры. Ты помнишь что температура является мерой кинетической энергии молекул? Обычно растворимость твердого вещества в жидкости увеличивается с температурой, а в некоторых В некоторых случаях эффект может быть очень заметным (таблица ниже). Это явление относится к большое значение для химика, потому что это основа для очистки твердые вещества перекристаллизацией.

 

РАСТВОРИМОСТЬ янтарной кислоты с температурой

Температура растворителя Растворимость

или С г/100 мл

Вода 20 7

Вода 100 121

 

Если твердое вещество растворяют в горячем растворителе, а раствор охлаждают, может быть достигнута точка насыщения. Любое последующее охлаждение растворителя приводит к при разделении твердого вещества перекристаллизацией.Если исходный материал содержит какие-либо посторонние вещества, очень специфическая процедура очистки с использованием можно подобрать подходящий растворитель. Загрязнения, нерастворимые в растворитель можно отделить фильтрованием горячего раствора; небольшое количество те, которые хорошо растворяются в растворителе, останутся в растворе, так как образуются кристаллы желаемого продукта, которые удаляются фильтрованием. Иногда это необходимо удалить следы сильно окрашенных примесей кипячением раствор с обесцвечивающим углем (на котором впитываются загрязнения) удаление уголь фильтрованием и приступают к кристаллизации.

 

Рисунок 6. Этапы перекристаллизации

* Если твердые вещества (песок, грязь и т. д.) остаются на этом шаге, отфильтруйте горячий раствор, чтобы удалить любые нерастворимое осталось в колбе.

 

Много раза наиболее эффективным растворителем для перекристаллизации является смесь двух жидкости. Такие смешанные растворители используются, когда твердое вещество слишком растворимо в одном компонент и слишком нерастворим в другом для удобной кристаллизации.То Кристаллизуемый материал обычно растворяют в горячем растворителе, в котором он хорошо растворяется, затем к горячему раствору медленно добавляют другой растворитель. пока растворенное вещество не начнет отделяться (раствор станет мутным). То Затем смесь снова нагревают, чтобы вернуть все материалы в раствор (если необходимо, небольшое количество первых

растворитель добавлено для облегчения процесса). Медленное охлаждение приведет к отделению кристаллический продукт.Вода-метанол или вода-этанол являются распространенными парами растворителей. которые находят общее применение.

 

Вакуумная или вакуумная фильтрация

чистые кристаллы, полученные в результате перекристаллизации, могут быть собраны в вакууме фильтрация. В этом процессе воронка Бюхнера находится в фильтрующей колбе с резиновым фильтром. переходник между ними. (Для проб можно использовать воронку Хирша. меньше грамма.) Внутрь воронки помещается кружок фильтровальной бумаги. То бумага должна быть достаточно большой, чтобы закрыть отверстия в воронке, но достаточно маленькой, чтобы лежал ровно.Колба фильтра должна быть подключена к источнику вакуума с толстым стенная трубка (если трубка разрушается под действием вакуума, значит, вы ошиблись трубка!). Между колбой с фильтром и источником вакуум, если есть вероятность попадания пара или жидкости в вакуум линия. Для закрепления колбы можно использовать зажим и кольцевую подставку, чтобы она не упасть.

Один раз установка вакуумной фильтрации собрана добавить небольшое количество растворителя или надосадить, чтобы смочить фильтровальную бумагу.Включите вакуум, чтобы запечатать бумагу. против воронки и равномерно залейте фильтруемый материал в воронку. Убедитесь, что колба фильтра не заполнена более чем наполовину. Если это произойдет, поверните отключают вакуум и сливают фильтрат в другую колбу. Этот фильтрат может также можно использовать для промывки любых оставшихся кристаллов в воронке. После удаления фильтрата, холодная промывочная жидкость может быть перелита в воронку с вакуум выключен. Через 1-2 минуты включите пылесос и оставьте его включенным на несколько минут, чтобы кристаллы высохли.

 

Газ Хроматография

Газовая хроматография – это хороший метод определения чистоты летучих жидких органических соединений например циклогексен. Газовая хроматография разделяет соединения на основе физических такие свойства, как полярность и молекулярная масса. Разделение и обнаружение компонентов выборки достигается вкратце следующим процесса (см. рисунок 7).

 

Рис. 7 Компоненты газового хроматографа

Образец вводится в один конец нагретой колонны, содержащей неподвижную фазу, и через по которому течет газ-носитель, такой как гелий.Образец испаряется и транспортируется в колонку и через нее газом-носителем. Как образец проходит через колонку, компоненты разделяются на основе их парциального растворимость в стационарной фазе такова, что наименее растворимый компонент будет первым выходит из колонки, а наиболее растворимый компонент последним. Разделенный компоненты будут затем проходить через детектор, который генерирует газ хроматограмму (см. рис. 8) с помощью электрического сигнала на записывающее устройство. Пики на хроматограмме являются результатом прохождения различных компонентов пробы через детектор.Компоненты характеризуются соответствующими сроки удержания. В однокомпонентной пробе только пик воздуха и пик компонент будет отмечен. Если в образце есть примеси, быть дополнительными вершинами.

Рисунок 8 – Газовая хроматограмма для Двухкомпонентная система

 

 

Инфракрасный Спектроскопия

 

Инфракрасный спектроскопия (ИК) — один из инструментов, который мы будем использовать, чтобы идентифицировать или подтвердить образование органических соединений наряду с температурами плавления, кипения, и газовой хроматографии.Спектроскопия является очень мощным аналитическим инструментом для всех экспериментальная наука. Интересно, что можно узнать множество различных вещи о материалах, сопоставляя правильную спектроскопическую область, с точки зрения длины волны или частоты, с конкретной изучаемой проблемой. То инфракрасный спектр соединения можно использовать так же, как отпечатки пальцев в определение его личности.

 

Радиация из разных областей электромагнитного спектра реагирует с веществом в различные пути.В инфракрасном диапазоне (длины волн чуть больше видимый свет) основное взаимодействие происходит между инфракрасным «фотоны» и колебания химических связей. Когда инфракрасный фотоны имеют правильную энергию, чтобы вызвать «растяжение» или «изгиб» той или иной ковалентной связи, детектор в прибор получает меньше энергии, и возникает «полоса поглощения». «Полосы растяжения», возникающие при более высоких волновых числах (т. волновое число определяется как величина, обратная длине волны в см, и имеет единицы см -1 ), которые различны для каждого типа ковалентной связи и, следовательно, для каждой функциональной группы.Таким образом, можно определить наличие (или отсутствие) той или иной ковалентной связи (функциональной группы) наличием (или отсутствие) его характерной полосы поглощения. Некоторые из них приведены в следующую таблицу (таблица 3).



Для например, мы можем идентифицировать функциональные группы в приведенном выше спектре, используя это стол. Этот инфракрасный спектр имеет полосы поглощения при 3350 см -1 . (сильный и широкий), вызванный растяжением O-H спирта, при 2960 см -1 (сильное) за счет растяжения шп 3 С-Н, а на 1470 см -1 (средний) вызван изгибом C-H sp 3 C-H.(Обратите внимание на наличие эти связи в формуле 2-гексанола). Сравнение облигаций, представленных как показанный инфракрасным спектром со структурными формулами возможных или ожидаемые соединения позволят вам идентифицировать или подтвердить личность сложный.

Спектры жидких проб с температурами кипения выше 90°С можно получить с использованием двух натриевых хлоридные пластины. Капиллярная пленка образуется между двумя пластинами. нанесение 1-2 капель на одну тарелку и размещение другой тарелки над этой тарелкой.То Толщина пленки может быть уменьшена путем плотного прижатия пластин друг к другу. уход следует принять меры, чтобы никогда не касаться и не допускать попадания воды на плоскую поверхность натрия хлоридные пластины, так как вода замутит поверхность пластины. Держите тарелки за края и держите свободную руку под тарелками, чтобы они не упасть на землю. Ознакомьтесь с инструкциями, опубликованными НП (если таковые имеются) и увидимся у вас ТП по поводу получения спектра на ИК приборе. После получения спектра, раздвиньте пластины и очистите их в вытяжном шкафу с ацетоном. и хранить их в эксикаторе.Обязательно держите обе пластины при транспортировке чтобы не уронить тарелку. ИК спектры жидкости также можно брать, используя пластины AgCl или герметичную ячейку для летучих веществ. жидкости или растворы.

Для снятия ИК-спектра твердого вещества, сделайте гранулы KBr путем измельчения около 0,01 г твердого соединения в используйте чистую и сухую ступку и пестик в течение примерно 5 минут. Смешайте эту землю образец с приблизительно 0,5 г KBr и измельчают, пока смесь не станет мелким порошком. Используя чистую и сухую металлическую ячейку с одним болтом, закрученным наполовину, просто покройте конец болта порошком и затяните другой болт в гайку с помощью тисков и ключа №14.Подождите одну минуту и ​​осторожно отвинтите болты. В ячейке должен остаться слегка прозрачный осадок. Добавить больше порошок, если гранула ломается, или меньше, если гранула непрозрачная. Сдвиньте гайку удерживая гранулу в держателе белых клеток, поместите в ИК и возьмите спектры. Если пики слишком короткие, добавьте в смесь больше твердого соединения или если слишком высокий, добавьте больше KBr, а затем повторите эту процедуру. ИК спектры твердых тел также можно принимать растворным или обдуманным методами.

ИК спектры обеих жидкостей и твердые вещества также можно анализировать с помощью FT-IR с ослабленным полным отражением (ATR). Для более подробную информацию об этой технике можно найти по адресу:

http://en.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*