- Aký je bod varu?
- Ako sa vypočíta bod varu?
- Príklady bodu varu
- Bod topenia
- Bod mrazu
- Bod topenia a bod varu vody
Vysvetlíme, čo je bod varu a ako sa vypočíta. Príklady bodu varu. Bod topenia a tuhnutia.
Aký je bod varu?
Bod varu je teplota na ktoré sa Tlak para z kvapalina (tlak vyvíjaný plynnou fázou na kvapalnú fázu v uzavretom systéme pri určitej teplote) sa rovná tlaku obklopujúceho kvapalinu. Keď k tomu dôjde, kvapalina sa zmení na plyn.
Teplota varu je vlastnosť, ktorá silne závisí od okolitého tlaku. Kvapalina vystavená veľmi vysokému tlaku bude mať vyšší bod varu, ako keby sme ju vystavili nižšiemu tlaku, to znamená, že pri vystavení vysokým tlakom bude trvať dlhšie, kým sa odparí. Kvôli týmto zmenám bodu varu IUPAC definoval štandardný bod varu: je to teplota, pri ktorej sa kvapalina mení na paru pri tlaku 1 bar.
Dôležitým bodom je, že bod varu látky nemožno zvyšovať donekonečna. Keď zvýšime teplotu kvapaliny, aby prešla jej bodom varu a stále ju zvyšujeme, dosiahneme teplotu nazývanú „kritická teplota“. Kritická teplota je teplota, nad ktorou sa plyn nemôže premeniť na kvapalinu zvýšením tlaku, to znamená, že nemôže byť skvapalnený. Pri tejto teplote neexistuje žiadna definovaná kvapalná fáza alebo plynná fáza.
Bod varu je pre každú látku iný. Táto vlastnosť závisí od molekulovej hmotnosti látka a typ medzimolekulových síl, ktoré predstavuje (vodíková väzba, permanentný dipól, indukovaný dipól), čo zase závisí od toho, či je látka polárna kovalentná alebo nepolárna kovalentná (nepolárna).
Keď je teplota látky pod jej bodom varu, iba jej časť molekuly umiestnený na jeho povrchu bude mať energie dostatočne na to, aby prerušil povrchové napätie kvapaliny a unikol do plynnej fázy. Na druhej strane pri dodávaní tepla do systému dochádza k zvýšeniu entropia systému (sklon k neusporiadanosti častíc systému).
Ako sa vypočíta bod varu?
Pomocou Clausiusovej-Clapeyronovej rovnice možno charakterizovať fázové prechody systému zloženého z jednej zložky. Táto rovnica sa môže použiť na výpočet teploty varu látok a aplikuje sa takto:
Kde:
P1 je tlak rovný 1 baru alebo v atmosfére (0,986923 atm)
T1 je teplota varu (bod varu) zložky, meraná pri tlaku 1 bar (P1) a vyjadrená v stupňoch Kelvina (K).
P2 je tlak pár zložky vyjadrený v baroch alebo atm.
T2 je teplota zložky (vyjadrená v stupňoch Kelvina), pri ktorej sa meria tlak pary P2.
𝚫H je zmena entalpie odparovanie priemer v teplotnom rozsahu, ktorý sa vypočítava. Vyjadruje sa v J/mol alebo ekvivalentných jednotkách energie.
R je plynová konštanta ekvivalentná 8,314 J / Kmol
ln je prirodzený logaritmus
Teplota varu (bod varu) T1 sa vymaže
Príklady bodu varu
Niektoré známe a zaznamenané body varu za normálnych tlakových podmienok (1 atm) sú nasledovné:
- Voda: 100 ºC
- Hélium: -268,9 ºC
- Vodík: -252,8 °C
- Vápnik: 1484 °C
- Berýlium: 2471 °C
- Kremík: 3265 ºC
- Uhlík vo forme grafitu: 4827 ºC
- Bór: 3927 °C
- Molybdén: 4639 °C
- Osmium: 5012 ºC
- Volfrám: 5930 ºC
Bod topenia
Teplota topenia je teplota, pri ktorej látka prechádza z pevného do kvapalného skupenstva.
Teplota, pri ktorej sa tuhá látka mení na kvapalinu, sa nazýva bod topenia a počas fázového prechodu tuhá látka-kvapalina sa teplota udržiava konštantná. V tomto prípade sa teplo dodáva do systému, kým jeho teplota nestúpne dostatočne na to, aby to systém dokázal pohyb jeho častice v pevnej štruktúre je väčšia, čo spôsobuje ich oddelenie a prúdenie smerom ku kvapalnej fáze.
Teplota topenia tiež závisí od tlaku a vo všeobecnosti sa rovná bodu tuhnutia hmoty (pri ktorom kvapalina po dostatočnom ochladení stuhne) látok.
Bod mrazu
Bod tuhnutia je opakom bodu topenia, teda teploty, pri ktorej sa kvapalina zmršťuje, jej častice strácajú pohyb a získavajú štruktúru tuhšie, odolné voči deformácii a s tvarovou pamäťou (jedinečné pre látky v pevné skupenstvo). To znamená, že je to teplota, pri ktorej sa kvapalina mení na pevnú látku. Fúzia si vyžaduje zásobovanie kalorická energia do systému, zatiaľ čo mrazenie vyžaduje odstránenie tepelnej energie (chladenie).
Na druhej strane, bod mrazu závisí aj od tlaku. Príkladom je to, čo sa stane, keď sa voda ochladí na teplotu 0ºC až 1 atm, keď zamrzne a zmení sa na ľad. Ak sa ochladí na tlak veľmi odlišný od 1 atm, výsledok môže byť veľmi odlišný, napríklad ak je tlak oveľa vyšší, môže chvíľu trvať, kým zamrzne, pretože sa zníži bod mrazu.
Bod topenia a bod varu vody
Voda sa často používa ako štandard pri meraní bodov topenia a varu látok. Vo všeobecnosti je pri normálnom tlaku jeho bod varu 100ºC a jeho bod topenia je 0ºC (v prípade ľadu). To sa môže značne líšiť v prípadoch, keď Voda má v sebe rozpustené iné látky, tekuté alebo pevné, ako je morská voda, bohatá na soli, čo mení jej fyzikálne a chemické vlastnosti.
Vplyv tlaku je tiež veľmi citeľný. Je známe, že pri 1 atm je bod varu vody 100 ºC, ale ak ho vezmeme na 0,06 atm, s prekvapením by sme si všimli, že k varu dochádza pri 0 ºC (namiesto mrazu).