खाना पकाने के दौरान "देखा हुआ बर्तन कभी नहीं उबलता" परम सत्यवाद की तरह लग सकता है, लेकिन सही परिस्थितियों में, बर्तन अपेक्षा से अधिक तेजी से उबलता है। चाहे कैंपिंग हो या केमिस्ट्री, क्वथनांक की भविष्यवाणी करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है।
टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)
दबाव के आधार पर क्वथनांक का निर्धारण समीकरणों, अनुमानों, नॉमोग्राफ, ऑन-लाइन कैलकुलेटर, टेबल और ग्राफ का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है।
क्वथनांक को समझना
क्वथनांक तब होता है जब किसी द्रव का वाष्प दाब द्रव के ऊपर वायुमण्डल के वायुदाब के बराबर हो जाता है। उदाहरण के लिए, समुद्र तल पर, पानी 212°F (100°C) पर उबलता है। जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, तरल के ऊपर वायुमंडल की मात्रा कम हो जाती है, इसलिए तरल का क्वथनांक कम हो जाता है। सामान्य तौर पर, वायुमंडलीय दबाव जितना कम होता है, किसी भी तरल का क्वथनांक उतना ही कम होता है। वायुमंडलीय दबाव के अलावा, आणविक संरचना और तरल के अणुओं के बीच आकर्षण क्वथनांक को प्रभावित करता है। कमजोर अंतर-आणविक बंधन वाले तरल पदार्थ, सामान्य रूप से, मजबूत अंतर-आणविक बंधन वाले तरल पदार्थों की तुलना में कम तापमान पर उबालते हैं।
क्वथनांक की गणना
दबाव के आधार पर क्वथनांक की गणना कई अलग-अलग सूत्रों का उपयोग करके की जा सकती है। ये सूत्र जटिलता और सटीकता में भिन्न हैं। सामान्य तौर पर, इन गणनाओं में इकाइयाँ मीट्रिक या सिस्टम इंटरनेशनल (SI) सिस्टम में होंगी, जिसके परिणामस्वरूप तापमान डिग्री सेल्सियस में होगा (हेसी)। फारेनहाइट में बदलने के लिए (हेएफ), रूपांतरण का उपयोग करें:
T(^oF)=\frac{9}{5}T(^oC)+32
जहाँ T का अर्थ तापमान है। वायुमंडलीय दबाव के लिए, दबाव इकाइयाँ रद्द हो जाती हैं, इसलिए किन इकाइयों का उपयोग किया जाता है, चाहे mmHg, बार, साई या अन्य इकाई, यह सुनिश्चित करने से कम महत्वपूर्ण है कि सभी दबाव माप समान हैं इकाइयां
पानी के क्वथनांक की गणना के लिए एक सूत्र समुद्र तल पर ज्ञात क्वथनांक का उपयोग करता है, 100°C, समुद्र तल पर वायुमंडलीय दबाव और उस समय और ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव जहां उबलता है जगह।
अधिक ऊंचाई पर, पानी के निचले क्वथनांक को पर्याप्त आंतरिक तापमान सुनिश्चित करने के लिए अधिक समय तक खाना पकाने की आवश्यकता होती है। सुरक्षा के लिए, तापमान जांचने के लिए मीट थर्मामीटर का उपयोग करें।
सूत्र:
BP_{corr}=BP_{obs}-(P_{obs}-760\text{mmHg})\times 0.045^o\text{C/mmHg}
पानी के लिए अज्ञात उबलते तापमान को खोजने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
इस सूत्र में, BPcorr का अर्थ है समुद्र तल पर क्वथनांक, BPobs अज्ञात तापमान है, और Pobs का अर्थ स्थान पर वायुमंडलीय दबाव है। मान 760mmHg समुद्र तल पर पारा के मिलीमीटर में मानक वायुमंडलीय दबाव और 0.045. हैहेC/mmHg दबाव में प्रत्येक मिलीमीटर पारा परिवर्तन के साथ पानी के तापमान में अनुमानित परिवर्तन है।
यदि वायुमंडलीय दबाव 600 mmHg के बराबर हो और उस दबाव पर क्वथनांक अज्ञात हो, तो समीकरण बन जाता है
100°\text{C}=BP_{obs}-(600\text{mmHg}-760\text{mmHg})\times 0.045°\text{C/mmHg}
समीकरण की गणना देता है:
100°\text{C}=BP_{obs}-(-160\text{mmHg})\times 0.045°\text{C/mmHg} = BP_{obs}+7.2
mmHg की इकाइयाँ एक दूसरे को रद्द कर देती हैं, जिससे इकाइयाँ डिग्री सेल्सियस के रूप में रह जाती हैं। 600mmHg पर क्वथनांक के लिए हल, समीकरण बन जाता है:
BP_{obs}=100°\text{C}-7.2°\text{C}=92.8°\text{C}
तो ६००mmHg पर पानी का क्वथनांक, समुद्र तल से लगभग ६४०० फीट की ऊँचाई पर, ९२.८°C होगा, या:
92.8\गुना\frac{9}{5}+32=199°\text{F}
चेतावनी
क्वथनांक की गणना के लिए समीकरण
ऊपर वर्णित समीकरण दबाव में परिवर्तन के साथ तापमान में ज्ञात परिवर्तन के साथ ज्ञात दबाव और तापमान संबंध का उपयोग करता है। वायुमंडलीय दबाव के आधार पर तरल पदार्थों के क्वथनांक की गणना के लिए अन्य तरीके, जैसे क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण:
\ln{\frac{P_1}{P_2}}=-\frac{L}{R}\times (\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2})
अतिरिक्त कारकों को शामिल करें। क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में, उदाहरण के लिए, समीकरण प्रारंभिक के प्राकृतिक लॉग (एलएन) को शामिल करता है अंतिम दबाव, सामग्री की गुप्त गर्मी (एल) और सार्वभौमिक गैस स्थिरांक (आर) से विभाजित दबाव। गुप्त गर्मी अणुओं के बीच आकर्षण से संबंधित है, सामग्री की एक संपत्ति जो वाष्पीकरण की दर को प्रभावित करती है। उच्च गुप्त ऊष्मा वाली सामग्री को उबालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है क्योंकि अणुओं का एक दूसरे के प्रति अधिक आकर्षण होता है।
क्वथनांक का आकलन
सामान्य तौर पर, ऊंचाई के आधार पर पानी के क्वथनांक में गिरावट का अनुमान लगाया जा सकता है। ऊंचाई में प्रत्येक 500 फीट की वृद्धि के लिए, पानी का क्वथनांक लगभग 0.9 ° F गिर जाता है।
नोमोग्राफ का उपयोग करके क्वथनांक का निर्धारण
तरल पदार्थों के क्वथनांक का अनुमान लगाने के लिए एक नोमोग्राफ का भी उपयोग किया जा सकता है। नोमोग्राफ क्वथनांक की भविष्यवाणी करने के लिए तीन पैमानों का उपयोग करते हैं। एक नॉमोग्राफ एक क्वथनांक तापमान पैमाने, समुद्र तल के दबाव पैमाने पर एक क्वथनांक तापमान और एक सामान्य दबाव पैमाने को दर्शाता है।
नॉमोग्राफ का उपयोग करने के लिए, रूलर का उपयोग करके दो ज्ञात मानों को कनेक्ट करें और तीसरे पैमाने पर अज्ञात मान पढ़ें। ज्ञात मूल्यों में से एक से शुरू करें। उदाहरण के लिए, यदि समुद्र तल पर क्वथनांक ज्ञात है और बैरोमीटर का दबाव ज्ञात है, तो उन दो बिंदुओं को एक रूलर से जोड़ दें। दो जुड़े हुए ज्ञात से रेखा को विस्तारित करने से पता चलता है कि उस ऊंचाई पर क्वथनांक का तापमान क्या होना चाहिए। इसके विपरीत, यदि क्वथनांक तापमान ज्ञात है और समुद्र तल पर क्वथनांक ज्ञात है, तो बैरोमीटर का दबाव ज्ञात करने के लिए रेखा का विस्तार करते हुए दो बिंदुओं को जोड़ने के लिए एक रूलर का उपयोग करें।
ऑनलाइन कैलकुलेटर का उपयोग करना
कई ऑनलाइन कैलकुलेटर विभिन्न ऊंचाई पर क्वथनांक तापमान प्रदान करते हैं। इनमें से कई कैलकुलेटर केवल वायुमंडलीय दबाव और पानी के क्वथनांक के बीच संबंध दिखाते हैं, लेकिन अन्य अतिरिक्त सामान्य यौगिक दिखाते हैं।
रेखांकन और तालिकाओं का उपयोग करना
अनेक द्रवों के क्वथनांकों के रेखांकन तथा सारणियाँ विकसित की गई हैं। तालिकाओं के मामले में, तरल का क्वथनांक विभिन्न वायुमंडलीय दबावों के लिए दिखाया गया है। कुछ मामलों में, तालिका केवल एक तरल और विभिन्न दबावों पर क्वथनांक दिखाती है। अन्य मामलों में, विभिन्न दबावों पर कई तरल पदार्थ दिखाए जा सकते हैं।
ग्राफ तापमान और बैरोमीटर के दबाव के आधार पर क्वथनांक वक्र दिखाते हैं। ग्राफ़, नॉमोग्राफ की तरह, वक्र बनाने के लिए ज्ञात मानों का उपयोग करते हैं या, क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण के साथ, एक सीधी रेखा विकसित करने के लिए दबाव के प्राकृतिक लॉग का उपयोग करते हैं। रेखांकन रेखा ज्ञात क्वथनांक संबंधों को दिखाती है, जिसे दबाव और तापमान मानों का एक सेट दिया जाता है। एक मान जानने के बाद, रेखांकन दबाव-तापमान रेखा के लिए मान रेखा का अनुसरण करें, फिर अज्ञात मान निर्धारित करने के लिए दूसरी धुरी की ओर मुड़ें।