- Qual è il punto di ebollizione?
- Come si calcola il punto di ebollizione?
- Esempi di punto di ebollizione
- Punto di fusione
- Punto di congelamento
- Punto di fusione e punto di ebollizione dell'acqua
Spieghiamo cos'è il punto di ebollizione e come si calcola. Esempi di punto di ebollizione. Punto di fusione e congelamento.
Qual è il punto di ebollizione?
Il punto di ebollizione è il temperatura a cui il Pressione vapore da liquido (pressione esercitata dalla fase gassosa sulla fase liquida in un sistema chiuso ad una certa temperatura) è uguale alla pressione che circonda il liquido. Quando ciò accade, il liquido si trasforma in gas.
Il punto di ebollizione è una proprietà che dipende fortemente dalla pressione ambiente. Un liquido sottoposto ad una pressione molto alta avrà un punto di ebollizione più alto che se lo sottoponiamo a pressioni più basse, cioè impiegherà più tempo a vaporizzare quando è sottoposto ad alte pressioni. A causa di queste variazioni del punto di ebollizione, la IUPAC ha definito il punto di ebollizione standard: è la temperatura alla quale un liquido si trasforma in vapore alla pressione di 1 bar.
Un punto importante è che il punto di ebollizione di una sostanza non può essere aumentato indefinitamente. Quando aumentiamo la temperatura di un liquido per superare il suo punto di ebollizione e continuiamo ad aumentarlo, raggiungiamo una temperatura chiamata "temperatura critica". La temperatura critica è la temperatura al di sopra della quale il gas non può essere trasformato in liquido aumentando la pressione, cioè non può essere liquefatto. A questa temperatura, non esiste una fase liquida definita o una fase vapore.
Il punto di ebollizione è diverso per ogni sostanza. Questa proprietà dipende dalla massa molecolare del sostanza e il tipo di forze intermolecolari che presenta (legame idrogeno, dipolo permanente, dipolo indotto), che a sua volta dipende dal fatto che la sostanza sia covalente polare o covalente non polare (non polare).
Quando la temperatura di una sostanza è inferiore al suo punto di ebollizione, solo una parte del suo molecole situato sulla sua superficie avrà Energia quanto basta per rompere la tensione superficiale del liquido e fuoriuscire nella fase vapore. Al contrario, quando viene fornito calore all'impianto, si ha un aumento della entropia del sistema (tendenza al disordine delle particelle del sistema).
Come si calcola il punto di ebollizione?
Utilizzando l'equazione di Clausius-Clapeyron, si possono caratterizzare le transizioni di fase di un sistema composto da un singolo componente. Questa equazione può essere utilizzata per calcolare il punto di ebollizione delle sostanze e si applica come segue:
Dove:
P1 è la pressione pari a 1 bar, ovvero in atmosfere (0,986923 atm)
T1 è la temperatura di ebollizione (punto di ebollizione) del componente, misurata alla pressione di 1 bar (P1) ed espressa in gradi Kelvin (K).
P2 è la tensione di vapore del componente espressa in bar o in atm.
T2 è la temperatura del componente (espressa in gradi Kelvin) alla quale viene misurata la tensione di vapore P2.
H è la variazione di entalpia di vaporizzazione media nell'intervallo di temperatura che si sta calcolando. È espresso in J/mol o unità equivalenti di energia.
R è la costante del gas equivalente a 8,314 J / Kmol
ln è il logaritmo naturale
La temperatura di ebollizione (punto di ebollizione) T1 viene cancellata
Esempi di punto di ebollizione
Alcuni punti di ebollizione noti e registrati in condizioni di pressione normale (1 atm) sono i seguenti:
- Acqua: 100 ºC
- Elio: -268,9 ºC
- Idrogeno: -252.8 ºC
- Calcio: 1484 ºC
- Berillio: 2471 ºC
- Silicio: 3265 ºC
- Carbonio sotto forma di grafite: 4827 ºC
- Boro: 3927 ºC
- Molibdeno: 4639 ºC
- Osmio: 5012 ºC
- Tungsteno: 5930 ºC
Punto di fusione
Il punto di fusione è la temperatura alla quale una sostanza passa dallo stato solido allo stato liquido.
La temperatura alla quale un solido si trasforma in liquido è detta punto di fusione e durante la transizione di fase solido-liquido la temperatura è mantenuta costante. In questo caso, viene fornito calore al sistema fino a quando la sua temperatura non aumenta sufficientemente da consentire al sistema di movimento il suo particelle nella struttura solida è maggiore, il che li fa separare e fluire verso la fase liquida.
Il punto di fusione dipende anche dalla pressione ed è generalmente uguale al punto di congelamento della materia (al quale un liquido diventa solido quando si raffredda a sufficienza) per la maggior parte sostanze.
Punto di congelamento
Il punto di congelamento è l'opposto del punto di fusione, cioè la temperatura alla quale un liquido si contrae, le sue particelle perdono movimento e acquisiscono una struttura più rigido, resistente alla deformazione e a memoria di forma (unico per le sostanze in stato solido). Cioè, è la temperatura alla quale il liquido si trasforma in un solido. La fusione richiede la fornitura energia calorica al sistema, mentre il congelamento richiede la rimozione di energia termica (raffreddamento).
D'altra parte, il punto di congelamento dipende anche dalla pressione. Un esempio è ciò che accade quando l'acqua viene raffreddata a una temperatura compresa tra 0ºC e 1 atm, quando si congela e si trasforma in ghiaccio. Se viene raffreddato ad una pressione molto diversa da 1 atm, il risultato potrebbe essere molto diverso, ad esempio, se la pressione è molto più alta, potrebbe volerci del tempo per congelare, poiché il suo punto di congelamento diminuisce.
Punto di fusione e punto di ebollizione dell'acqua
L'acqua viene spesso utilizzata come standard quando si misurano i punti di fusione e di ebollizione delle sostanze. In termini generali, a pressione normale, il suo punto di ebollizione è 100ºC e il suo punto di fusione è 0ºC (nel caso del ghiaccio). Questo può variare notevolmente nei casi in cui il Acqua avere altre sostanze disciolte in essa, liquide o solide, come l'acqua di mare, ricca di sali, che ne modifica le proprietà fisiche e chimiche.
Anche l'impatto della pressione è molto evidente. È noto che a 1 atm il punto di ebollizione dell'acqua è di 100 ºC, ma portandolo a 0,06 atm saremmo sorpresi di notare che l'ebollizione avviene a 0 ºC (invece di congelare).