- Jaký je bod varu?
- Jak se vypočítá bod varu?
- Příklady bodu varu
- Bod tání
- Bod mrazu
- Bod tání a bod varu vody
Vysvětlíme, co je to bod varu a jak se počítá. Příklady bodu varu. Bod tání a tuhnutí.
Jaký je bod varu?
Bod varu je teplota ke kterému se Tlak pára z kapalný (tlak vyvíjený plynnou fází na kapalnou fázi v uzavřeném systému při určité teplotě) se rovná tlaku obklopujícímu kapalinu. Když k tomu dojde, kapalina se změní na plyn.
Bod varu je vlastnost, která silně závisí na okolním tlaku. Kapalina vystavená velmi vysokému tlaku bude mít vyšší bod varu, než když ji vystavíme nižším tlakům, to znamená, že bude trvat déle, než se vypaří, když je vystavena vysokým tlakům. Kvůli těmto změnám bodu varu IUPAC definoval standardní bod varu: je to teplota, při které se kapalina mění v páru při tlaku 1 bar.
Důležitým bodem je, že bod varu látky nelze zvyšovat donekonečna. Když zvýšíme teplotu kapaliny, aby překročila její bod varu a stále ji zvyšujeme, dosáhneme teploty nazývané „kritická teplota“. Kritická teplota je teplota, nad kterou se plyn nemůže přeměnit na kapalinu zvýšením tlaku, to znamená, že nemůže být zkapalněn. Při této teplotě neexistuje žádná definovaná kapalná fáze nebo parní fáze.
Bod varu je pro každou látku jiný. Tato vlastnost závisí na molekulové hmotnosti látka a typ intermolekulárních sil, které představuje (vodíková vazba, permanentní dipól, indukovaný dipól), což zase závisí na tom, zda je látka polární kovalentní nebo nepolární kovalentní (nepolární).
Když je teplota látky pod bodem varu, pouze její část molekul umístěný na jeho povrchu bude mít Energie natolik, aby porušil povrchové napětí kapaliny a unikal do plynné fáze. Na druhou stranu, když je do systému dodáváno teplo, dochází ke zvýšení entropie systému (sklon k neuspořádanosti částic systému).
Jak se vypočítá bod varu?
Pomocí Clausius-Clapeyronovy rovnice lze charakterizovat fázové přechody systému složeného z jediné složky. Tato rovnice může být použita k výpočtu bodu varu látek a je aplikována následovně:
Kde:
P1 je tlak rovný 1 baru nebo v atmosférách (0,986923 atm)
T1 je teplota varu (bod varu) složky, měřená při tlaku 1 bar (P1) a vyjádřená ve stupních Kelvina (K).
P2 je tlak par složky vyjádřený v barech nebo atm.
T2 je teplota složky (vyjádřená ve stupních Kelvina), při které se měří tlak par P2.
𝚫H je změna entalpie vypařování průměr v teplotním rozsahu, který se počítá. Vyjadřuje se v J/mol nebo ekvivalentních jednotkách energie.
R je plynová konstanta ekvivalentní 8,314 J / Kmol
ln je přirozený logaritmus
Teplota varu (bod varu) T1 se vynuluje
Příklady bodu varu
Některé známé a zaznamenané body varu za normálních tlakových podmínek (1 atm) jsou následující:
- Voda: 100 ºC
- Helium: -268,9 ºC
- Vodík: -252,8 °C
- Vápník: 1484 °C
- Berylium: 2471 ºC
- Křemík: 3265 ºC
- Uhlík ve formě grafitu: 4827 ºC
- Bór: 3927 ºC
- Molybden: 4639 °C
- Osmium: 5012 ºC
- Wolfram: 5930 ºC
Bod tání
Bod tání je teplota, při které látka přechází z pevného do kapalného skupenství.
Teplota, při které se pevná látka mění v kapalinu, se nazývá bod tání a během fázového přechodu pevná látka-kapalina je teplota udržována konstantní. V tomto případě je teplo dodáváno do systému, dokud jeho teplota nestoupne dostatečně na to, aby systém mohl dosáhnout hnutí jeho částice v pevné struktuře je větší, což způsobuje jejich oddělení a proudění směrem ke kapalné fázi.
Teplota tání také závisí na tlaku a je obecně stejná jako bod tuhnutí hmoty (při kterém se kapalina stává pevnou, když je dostatečně ochlazena) pro většinu látek.
Bod mrazu
Bod tuhnutí je opakem bodu tání, tedy teploty, při které se kapalina smršťuje, její částice ztrácejí pohyb a získávají struktura tužší, odolný proti deformaci a s tvarovou pamětí (jedinečný pro látky v pevné skupenství). To znamená, že je to teplota, při které se kapalina mění v pevnou látku. Fúze vyžaduje dodávky kalorická energie do systému, zatímco zmrazení vyžaduje odstranění tepelné energie (chlazení).
Na druhou stranu bod tuhnutí závisí i na tlaku. Příkladem je to, co se stane, když se voda ochladí na teplotu 0ºC až 1 atm, když zamrzne a změní se v led. Pokud se ochladí na tlak velmi odlišný od 1 atm, může být výsledek velmi odlišný, například pokud je tlak mnohem vyšší, může chvíli trvat, než zmrzne, protože se sníží bod tuhnutí.
Bod tání a bod varu vody
Voda se často používá jako standard při měření bodů tání a varu látek. Obecně řečeno, za normálního tlaku je jeho bod varu 100ºC a jeho bod tání je 0ºC (v případě ledu). To se může značně lišit v případech, kdy Voda mít v sobě rozpuštěné jiné látky, kapalné nebo pevné, jako je mořská voda, bohatá na soli, což upravuje její fyzikální a chemické vlastnosti.
Vliv tlaku je také velmi patrný. Je známo, že při 1 atm je bod varu vody 100 ºC, ale když to vezmeme na 0,06 atm, byli bychom překvapeni, kdybychom si všimli, že k varu dochází při 0 ºC (místo mrazu).