"Panci yang diawasi tidak pernah mendidih" mungkin tampak seperti kebenaran utama saat memasak, tetapi dalam situasi yang tepat, panci itu mendidih lebih cepat dari yang diharapkan. Baik berkemah atau kimia, memprediksi titik didih bisa jadi menantang.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Menentukan titik didih berdasarkan tekanan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan, estimasi, nomographs, kalkulator on-line, tabel dan grafik.
Memahami Titik Didih
Mendidih terjadi ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan udara atmosfer di atas cairan. Misalnya, di permukaan laut, air mendidih pada 212°F (100 °C). Ketika ketinggian meningkat, jumlah atmosfer di atas cairan berkurang, sehingga suhu didih cairan menurun. Secara umum, semakin rendah tekanan atmosfer, semakin rendah suhu didih cairan apa pun. Selain tekanan atmosfer, struktur molekul dan gaya tarik antar molekul cairan mempengaruhi titik didih. Cairan dengan ikatan antarmolekul yang lemah biasanya mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada cairan dengan ikatan antarmolekul yang kuat.
Menghitung Titik Didih
Menghitung titik didih berdasarkan tekanan dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa rumus yang berbeda. Rumus ini bervariasi dalam kompleksitas dan akurasi. Secara umum, satuan dalam perhitungan ini akan berada dalam sistem metrik atau Sistem Internasional (SI), sehingga menghasilkan suhu dalam derajat Celcius (HaiC). Untuk mengkonversi ke Fahrenheit (HaiF), gunakan konversi:
T(^oF)=\frac{9}{5}T(^oC)+32
dimana T berarti suhu. Sedangkan untuk tekanan atmosfer, satuan tekanan saling meniadakan, jadi satuan mana yang digunakan, apakah mmHg, bar, psi atau unit lain, kurang penting daripada memastikan bahwa semua pengukuran tekanan adalah sama unit.
Salah satu rumus untuk menghitung titik didih air menggunakan titik didih yang diketahui di permukaan laut, 100 ° C, tekanan atmosfer di permukaan laut dan tekanan atmosfer pada waktu dan ketinggian tempat pendidihan berlangsung tempat.
Pada ketinggian yang lebih tinggi, titik didih air yang lebih rendah membutuhkan memasak makanan lebih lama untuk memastikan suhu internal yang memadai. Untuk keamanan, gunakan termometer daging untuk memeriksa suhu.
Rumusnya:
BP_{corr}=BP_{obs}-(P_{obs}-760\text{ mmHg})\times 0,045^o\text{C/mmHg}
dapat digunakan untuk menemukan suhu didih yang tidak diketahui untuk air.
Dalam rumus ini, BPcorr berarti titik didih di permukaan laut, BPobs adalah suhu yang tidak diketahui, dan Pobs berarti tekanan atmosfer di lokasi. Nilai 760mmHg adalah tekanan atmosfer standar dalam milimeter air raksa di permukaan laut dan 0,045HaiC/mmHg adalah perkiraan perubahan suhu air dengan setiap perubahan tekanan milimeter air raksa.
Jika tekanan atmosfer sama dengan 600 mmHg dan titik didih tidak diketahui pada tekanan tersebut, maka persamaannya menjadi:
100°\text{C}=BP_{obs}-(600\text{ mmHg}-760\text{ mmHg})\times 0,045 °\text{C/mmHg}
Menghitung persamaan memberikan:
100°\text{C}=BP_{obs}-(-160\text{ mmHg})\times 0,045 °\text{C/mmHg} = BP_{obs}+7,2
Satuan mmHg membatalkan satu sama lain, meninggalkan unit sebagai derajat Celcius. Dipecahkan untuk titik didih pada 600mmHg, persamaan menjadi:
BP_{obs}=100°\text{C}-7.2°\text{C}=92.8°\text{C}
Jadi titik didih air pada 600mmHg, ketinggian sekitar 6400 kaki di atas permukaan laut, akan menjadi 92,8°C, atau:
92.8\times\frac{9}{5}+32=199°\text{F}
Peringatan
Persamaan untuk Menghitung Titik Didih
Persamaan yang dirinci di atas menggunakan hubungan tekanan dan suhu yang diketahui dengan perubahan suhu yang diketahui dengan perubahan tekanan. Metode lain untuk menghitung titik didih cairan berdasarkan tekanan atmosfer, seperti persamaan Clausius-Clapeyron:
\ln{\frac{P_1}{P_2}}=-\frac{L}{R}\times (\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2})
memasukkan faktor tambahan. Dalam persamaan Clausius-Clapeyron, misalnya, persamaan tersebut memasukkan log natural (ln) dari awal tekanan dibagi dengan tekanan akhir, panas laten (L) bahan dan konstanta gas universal (R). Panas laten berhubungan dengan daya tarik antar molekul, suatu sifat material yang mempengaruhi laju penguapan. Bahan dengan panas laten yang lebih tinggi membutuhkan lebih banyak energi untuk mendidih karena molekul memiliki daya tarik yang lebih kuat satu sama lain.
Memperkirakan Titik Didih
Secara umum, perkiraan penurunan titik didih air dapat dibuat berdasarkan ketinggian. Untuk setiap kenaikan ketinggian 500 kaki, titik didih air turun sekitar 0,9°F.
Menentukan Titik Didih Menggunakan Nomograf
Nomograf juga dapat digunakan untuk memperkirakan titik didih cairan. Nomograf menggunakan tiga skala untuk memprediksi titik didih. Nomograf menunjukkan skala suhu titik didih, suhu titik didih pada skala tekanan permukaan laut dan skala tekanan umum.
Untuk menggunakan nomograph, hubungkan dua nilai yang diketahui menggunakan penggaris dan baca nilai yang tidak diketahui pada skala ketiga. Mulailah dengan salah satu nilai yang diketahui. Misalnya, jika titik didih di permukaan laut diketahui dan tekanan barometrik diketahui, hubungkan kedua titik tersebut dengan penggaris. Memperpanjang garis dari dua diketahui terhubung menunjukkan berapa suhu titik didih pada ketinggian itu seharusnya. Sebaliknya, jika suhu titik didih diketahui dan titik didih di permukaan laut diketahui, gunakan penggaris untuk menghubungkan kedua titik tersebut, perpanjang garis untuk menemukan tekanan barometrik.
Menggunakan Kalkulator On-Line
Beberapa kalkulator online menyediakan suhu titik didih pada ketinggian yang berbeda. Banyak dari kalkulator ini hanya menunjukkan hubungan antara tekanan atmosfer dan titik didih air, tetapi yang lain menunjukkan senyawa umum tambahan.
Menggunakan Grafik dan Tabel
Grafik dan tabel titik didih banyak cairan telah dikembangkan. Dalam kasus tabel, titik didih cairan ditunjukkan untuk tekanan atmosfer yang berbeda. Dalam beberapa kasus, tabel hanya menunjukkan satu cairan dan titik didih pada berbagai tekanan. Dalam kasus lain, beberapa cairan pada tekanan yang berbeda dapat ditampilkan.
Grafik menunjukkan kurva titik didih berdasarkan suhu dan tekanan barometrik. Grafik, seperti nomograph, menggunakan nilai yang diketahui untuk membuat kurva atau, seperti persamaan Clausius-Clapeyron, menggunakan log alami tekanan untuk mengembangkan garis lurus. Garis grafik menunjukkan hubungan titik didih yang diketahui, diberikan satu set nilai tekanan dan suhu. Mengetahui satu nilai, ikuti garis nilai ke garis grafik tekanan-suhu, lalu putar ke sumbu lainnya untuk menentukan nilai yang tidak diketahui.