Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Comprendre le point d'ébullition
- Calcul du point d'ébullition
- Avertissements
- Équations pour calculer le point d'ébullition
- Estimation du point d'ébullition
- Détermination du point d'ébullition à l'aide de nomographes
- Utilisation de calculatrices en ligne
- Utilisation de graphiques et de tableaux
"Un pot surveillé ne bout jamais" peut sembler être le truisme ultime lors de la cuisson, mais dans les bonnes circonstances, le chaudron bouillit encore plus rapidement que prévu. Que ce soit en camping ou en chimie, il peut être difficile de prévoir le point d'ébullition.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
La détermination du point d'ébullition en fonction de la pression peut être réalisée à l'aide d'équations, d'estimations, de nomographes, de calculatrices en ligne, de tableaux et de graphiques.
Comprendre le point d'ébullition
Il y a ébullition lorsque la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression atmosphérique de l'atmosphère au-dessus du liquide. Par exemple, au niveau de la mer, l’eau bout à 100 ° C (212 ° F). Au fur et à mesure que l'altitude augmente, la quantité d'atmosphère au-dessus du liquide diminue, de sorte que la température d'ébullition du liquide diminue. En général, plus la pression atmosphérique est basse, plus la température d'ébullition de tout liquide est basse. Outre la pression atmosphérique, la structure moléculaire et l'attraction entre les molécules du liquide ont un impact sur le point d'ébullition. Les liquides avec de faibles liaisons intermoléculaires bouillent, en général, à des températures plus basses que les liquides avec de fortes liaisons intermoléculaires.
Calcul du point d'ébullition
Le calcul du point d'ébullition en fonction de la pression peut être effectué à l'aide de plusieurs formules différentes. Ces formules varient en complexité et en précision. En général, les unités dans ces calculs seront dans le système métrique ou le système international (SI), ce qui donne des températures en degrés Celsius (oC) Pour convertir en Fahrenheit (oF), utilisez la conversion T (° F) = T (° C) × 9 5 + 32, où T représente la température. En ce qui concerne la pression atmosphérique, les unités de pression s'annulent. Par conséquent, les unités utilisées (mmHg, bars, psi ou une autre unité) sont moins importantes que de s'assurer que toutes les mesures de pression sont les mêmes.
Une formule pour calculer le point d'ébullition de l'eau utilise le point d'ébullition connu au niveau de la mer, 100 ° C, la pression atmosphérique au niveau de la mer et la pression atmosphérique au moment et l'altitude où se produit l'ébullition.
La formule BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0.045 oC / mmHg peut être utilisé pour trouver une température d'ébullition inconnue pour l'eau.
Dans cette formule, BPcorr signifie point d'ébullition au niveau de la mer, BPobs est la température inconnue et Pobs, la pression atmosphérique à l'emplacement. La valeur 760mmHg est la pression atmosphérique standard en millimètres de mercure au niveau de la mer et 0,045oC / mmHg est le changement approximatif de la température de l'eau avec chaque changement millimétrique de pression du mercure.
Si la pression atmosphérique est égale à 600 mmHg et que le point d'ébullition est inconnu à cette pression, l'équation devient alors 100 ° C = BPobs- (600mmHg-760mmHg) x 0,045 ° C / mmHg.
Le calcul de l'équation donne 100 ° C = BPobs - (- 160mmHg) x 0,045 ° C / mmHg. Simplifié, 100 ° C = BPobs + 7.2. Les unités de mmHg s'annulent, les unités étant exprimées en degrés Celsius. Résolue pour le point d’ébullition à 600 mmHg, l’équation devient: BPobs = 100 ° C-7,2 ° C = 92,8 ° C. Ainsi, le point d'ébullition de l'eau à 600 mmHg, à une altitude d'environ 6400 pieds au-dessus du niveau de la mer, sera de 92,8 ° C ou de 92,8x9 5 + 32 = 199 ° F.
Avertissements
Équations pour calculer le point d'ébullition
L'équation détaillée ci-dessus utilise une relation de pression et de température connue avec un changement de température connu avec un changement de pression. D'autres méthodes de calcul des points d'ébullition de liquides en fonction de la pression atmosphérique, telles que l'équation de Clausius-Clapeyron, incorporent des facteurs supplémentaires. Dans l'équation de Clausius-Clapeyron, par exemple, elle incorpore le logarithme naturel (ln) de la pression initiale divisé par la pression finale, la chaleur latente (L) du matériau et la constante de gaz universel (R). La chaleur latente est liée à l’attraction entre les molécules, propriété du matériau qui influence le taux de vaporisation. Les matériaux ayant une chaleur latente plus élevée nécessitent plus d’énergie à ébullition car les molécules sont plus attractives les unes que les autres.
Estimation du point d'ébullition
En général, une approximation de la chute du point d'ébullition de l'eau peut être établie en fonction de l'altitude. À chaque augmentation d'altitude de 500 pieds, le point d'ébullition de l'eau baisse d'environ 0,9 ° F.
Détermination du point d'ébullition à l'aide de nomographes
Un nomographe peut également être utilisé pour estimer les points d'ébullition des liquides. Les nomographes utilisent trois échelles pour prédire le point d'ébullition. Un nomographe montre une échelle de température du point d’ébullition, une échelle de pression du point d’ébullition au niveau de la mer et une échelle de pression générale.
Pour utiliser le nomographe, connectez deux valeurs connues à l'aide d'une règle et lisez la valeur inconnue sur la troisième échelle. Commencez avec l'une des valeurs connues. Par exemple, si le point d'ébullition au niveau de la mer est connu et que la pression barométrique est connue, connectez ces deux points avec une règle. L'extension de la ligne à partir des deux connus connectés indique la température du point d'ébullition à cette altitude. À l'inverse, si la température du point d'ébullition est connue et que le point d'ébullition au niveau de la mer est connu, utilisez une règle pour relier les deux points et prolongez la ligne pour trouver la pression barométrique.
Utilisation de calculatrices en ligne
Plusieurs calculateurs en ligne fournissent des températures de point d'ébullition à différentes altitudes. Beaucoup de ces calculateurs ne montrent que la relation entre la pression atmosphérique et le point d'ébullition de l'eau, mais d'autres montrent d'autres composés communs.
Utilisation de graphiques et de tableaux
Des graphiques et des tableaux de points d'ébullition de nombreux liquides ont été développés. Dans le cas des tableaux, le point d'ébullition des liquides est indiqué pour différentes pressions atmosphériques. Dans certains cas, le tableau n’indique qu’un liquide et le point d’ébullition à différentes pressions. Dans d'autres cas, plusieurs liquides à différentes pressions peuvent être représentés.
Les graphiques montrent les courbes de point d'ébullition basées sur la température et la pression barométrique. Les graphiques, comme le nomographe, utilisent des valeurs connues pour créer une courbe ou, comme pour l'équation de Clausius-Clapeyron, utilisent le logarithme naturel de la pression pour développer une ligne droite. La ligne graphique montre les relations connues des points d'ébullition, étant donné un ensemble de valeurs de pression et de température. Connaissant une valeur, suivez la ligne de valeur jusqu'à la ligne de température-pression représentée, puis passez à l'autre axe pour déterminer la valeur inconnue.