V tomto článku se zamyslíme nad vztahem mezi bodem varu a teplotou s nahlédnutím do různých podmínek.
Stejně jako bod tání je bod varu kapaliny teplotou, kterou kapalina získá v důsledku aplikace tepelné energie dodané kapalině, aby se její fáze změnila z kapalného do plynného stavu.
Vztah bodu varu a teploty
Vztah mezi bodem varu a teplotou kapaliny je dán Clausiovou – Clapeyronovou rovnicí:-
Kde T2 je teplota, při které kapalina začíná vřít
T1 je bod varu kapaliny
R je konstanta ideálního plynu, která se rovná 8.314 J/mol K
P je a tlak par kapaliny
P0 je tlak odpovídající T2
ΔHvap je výparné teplo kapaliny
Clausiova – Clapeyronova rovnice představuje vztah mezi teplotou a tlakovými podmínkami podél linie fázové rovnováhy.
Rovnici pro bod varu můžeme napsat z výše uvedené rovnice jako
T1= 1/T2-R ln P/P0 ΔHvap -1
Podle kterého je bod varu kapaliny přímo závislý na teplotě kapaliny.
Výparné teplo je množství tepelné energie potřebné k dodání jednotkovému objemu kapaliny, aby se přeměnila na páru při udržování konstantní teploty.
Přečtěte si více o 15+ Příklad radiační energie k tepelné energii: Podrobné vysvětlení.
Příklad: Vypočítejte bod varu směsi soli s vodou udržované při atmosférickém tlaku. Teplota varu směsi je 110 stupňů Celsia a tlak par je 4.24 atm. Výparné teplo je 3420 J/g.
Zadáno: T = 1100 C
R = 8.314 J/mol K
P = 4.24 atm
P0 = 1 atm
ΔHvap= 3420 J/g
Projekt bod varu kapaliny je dán vztahem
TB=1/T – R ln P/P0 ΔHvap-1
Kde TB je bod varu roztoku.
Vložením všech hodnot do výše uvedené rovnice máme
TB= 1/110 – 8.314 ln 4.24/1 3420 -1
=1/110-8.314*1.445 * 3420-1
=9.09-3.51 * 10-3-1
=(5.58 * 10-3 )-1
= 103 * 5.58
=179.21 °C
Jedná se o vaření směsi soli a vody.
Projekt bod varu závisí na teplotě a tlaku a výparné teplo kapaliny. Ve vyšších nadmořských výškách je čas potřebný k varu vody kratší než obvyklá doba potřebná k varu vody, je to proto, že tlak ve vysokohorské oblasti je vyšší a voda se proto vaří při nízké teplotě.
Přečtěte si více o Kritických 20+ příkladů odpařování v každodenním životě s vysvětlením, FAQ.
Bod varu a kritická teplota
Jak se tepelná energie dodávaná do kapaliny zvyšuje, teplota kapaliny stoupá. Tato tepelná energie je nutná pro rozpad kovalentních vazeb mezi atomy, které jsou nezbytné pro přeměnu fáze kapaliny na plynnou.
V určitém bodě teplota získaná kapalinou stačí ke změně její fáze se nazývá kritická teplota. Během této doby se teplota kapaliny dále nezvyšuje a tepelná energie se uvolňuje spolu s párou vznikající při varu kapaliny.
U všech kapalin se bod varu a kritická teplota liší. To je způsobeno skutečností, že složení prvku a tím i energie potřebná pro vytvoření vazeb mezi atomy se mění, a proto je k přerušení vazeb mezi různými chemickými složkami zapotřebí různé množství energie.
Kredit: Pixabay
Jednoduchý příklad, který mohu uvést, je převaření mléka a přidání trochy vody. Když teplota dosáhne 1000 C, voda přítomná v nádobě na mléko se začne vypařovat a zanechává mléko a později po nějaké době se mléko začne vařit.
Přečtěte si více o Více než 25 příkladů tekutého tření: přehledy a kritické časté dotazy.
Bod varu a teplota nasycení
Teplota nasycení je konečná teplota, nad kterou nemůže teplota kapaliny stoupnout. Je to vlastně bod varu kapaliny, teplota, při které dochází k fázové změně kapaliny.
Po dosažení teploty nasycení se teplota kapaliny dále nezvyšuje. Je to proto, že externí tepelná energie přiváděná do kapaliny se uvolňuje v procesu změny fáze. Tato energie je zachycena vytvořenými párami a vypařovanými směrem nahoru.
Víte, že voda se začne vařit při 100 stupních Celsia a může dále zvýšit teplotu až na 100.52 stupňů Celsia. Toto zvýšení bodu varu vody je teplotou nasycení, do které může voda vřít. Stejně tak počáteční teplota, při které se benzín vaří, je 35 stupňů Celsia nebo 950 F a konečná teplota varu je 2000C nebo 3950F.
Kredit: Pixabay
Nad teplotou nasycení neuvidíte další zvýšení teploty varu kapaliny, protože tepelná energie bude dodávána molekulám kapaliny, které tuto energii navíc odeberou a využijí k úniku z kapaliny ve formě výparů.
Přečtěte si více o Příklady přenosu tepla zářením: Kritická fakta.
Bod varu a teplota destilace
Proces přeměny kapaliny na plynnou formu a následného uvedení par zpět do kapalného stavu při kondenzaci se nazývá destilace. Stálá teplota, při které se kapalina mění na páru a zpět na kapalinu, se nazývá destilační teplota.
Jedná se o metodu používanou k oddělení kapaliny ze směsi nebo k odstranění nečistot z kapaliny. Protože je tepelná energie získaná kapalinou dostatečná, teplota kapaliny dosáhne bodu varu. Napříště se pára vytváří ve formě par, které se odpařují svisle nahoru. Tato odpařená pára se shromažďuje v nádobě udržované pod určitým tlakem, takže tyto páry kondenzují a přecházejí do kapalného stavu.
Kredit: Pixabay
Určitě jste si všimli, že pára se shromažďuje na poklici pánve při vaření kari. Voda přidaná do kari se jednou vydává ve formě páry teplota dosáhne bodu varu z vody. Pára nashromážděná na víku se pak vrací zpět do hlavní nádoby opětovnou kondenzací páry do vody. Tento proces pokračuje, dokud teplota kari není dostatečně vysoká, aby dodala tepelnou energii molekulám vody k úniku z kari.
Přečtěte si více o Jak se teplo přenáší sáláním: Vyčerpávající vysvětlení.
Často kladené otázky
Jaká je změna bodu varu 150 ml vody po přidání 25 gramů soli o teplotě 440C?
Předpokládejme hustotu vody při teplotě 440C je 0.8 g/ml.
Konstanta elevace bodu varu pro vodu je
kb= 0.570C
Atomová hmotnost sodíku je 22.99
Atomová hmotnost chloru je 35.45
Atomová hmotnost NaCl je tedy 22.99 + 35.45 = 58.44
Tedy, molů soli přidaných do vroucí vody je
Moly NaCl = 25 g x 1 mol/58.44 g
Mol NaCl = 0.4278 mol
Hmotnost vody při teplotě T=440C je
Hustota ϱ =M/V
Proto M= ϱV
M=0.8\krát 150=0.12 kg
Molalita rozpuštěné látky v rozpouštědle je
m = mol solutu/hmotnost rozpouštědla
m=0.4278/0.12=3.565 mol/kg
Změna teploty varu při přidání soli do vody je dána
Δ T=ikbm
Kde i je Van't Hoffův faktor, který je definován jako množství disociace rozpuštěné látky v rozpouštědle. Zde je rozpuštěnou látkou chlorid sodný a voda je rozpouštědlem. Dva ionty z NaCl se tedy ve vodě disociují a zcela se ve vodě rozpustí. Proto je zde Van't Hoffův faktor 2.
A T=2*0.51*3.565=3.630C
Proto se bod varu vody zvýší na 3.650C.
Bod varu směsi bude 104.150C.
Zvyšuje přítomnost nečistot v kapalině její bod varu?
To je rozhodně pravda; nečistoty přítomné v kapalině zvyšují teplotu varu.
Tepelná energie přiváděná do kapaliny je absorbována nečistotami přítomnými v kapalině, čímž se zvyšuje teplota potřebná k varu kapaliny.
Pokud přidáte roztok „X“ o teplotě 280 C do vroucího roztoku 'X' dosaženého při teplotě 650 C, bude se pak bod varu roztoku lišit?
Bod varu každého roztoku je vždy stejný a může se měnit pouze tehdy, je-li tlak kapaliny odlišný.
Po přidání roztoku, který má nízkou teplotu ve srovnání s vroucím roztokem, bude tepelná energie dodávána do přidaného roztoku v nádobě. K dosažení bodu varu bude zapotřebí větší množství tepelné energie, ale teplota bodu varu zůstane stejná.
Také čtení:
- Bod tání a teplota
- Rosný bod se zvyšuje s teplotou
- Jak vypočítat hustotu při různých teplotách
- Je teplota rozsáhlá vlastnost
- Difuze a teplota
- Je teplota fyzikální vlastnost
Ahoj, jsem Akshita Mapari. Udělal jsem Mgr. ve fyzice. Pracoval jsem na projektech jako Numerické modelování větrů a vln během cyklonu, Fyzika hraček a mechanizované vzrušující stroje v zábavním parku založeném na klasické mechanice. Absolvoval jsem kurz na Arduinu a dokončil jsem několik mini projektů na Arduinu UNO. Vždy rád prozkoumávám nové oblasti v oblasti vědy. Osobně věřím, že učení je větší nadšení, když se učí kreativně. Kromě toho rád čtu, cestuji, brnkám na kytaru, určuji kameny a vrstvy, fotím a hraji šachy.
