"סיר שנצפה לעולם לא רותח" אולי נראה כמו האמת האולטימטיבית בעת בישול, אבל בנסיבות הנכונות, הסיר רותח אפילו מהר מהצפוי. בין אם קמפינג או כימיה, ניבוי נקודת הרתיחה יכול להיות מאתגר.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
קביעת נקודת הרתיחה על בסיס לחץ יכולה להתבצע באמצעות משוואות, אומדן, נומוגרפיות, מחשבונים מקוונים, טבלאות וגרפים.
הבנת נקודת רתיחה
רתיחה מתרחשת כאשר לחץ האדים של נוזל שווה ללחץ האוויר של האטמוספרה מעל הנוזל. לדוגמא, בגובה פני הים, מים רותחים ב -212 מעלות צלזיוס (100 מעלות צלזיוס). ככל שהגובה עולה, כמות האטמוספירה מעל הנוזל יורדת, ולכן טמפרטורת הרתיחה של הנוזל יורדת. באופן כללי, ככל שהלחץ האטמוספרי נמוך יותר, כך טמפרטורת הרתיחה של כל נוזל נמוכה יותר. מלבד לחץ אטמוספרי, המבנה המולקולרי והמשיכה בין מולקולות הנוזל משפיעים על נקודת הרתיחה. נוזלים עם קשרים בין-מולקולריים חלשים, באופן כללי, בטמפרטורות נמוכות יותר מאשר נוזלים עם קשרים בין-מולקולריים חזקים.
חישוב נקודת רתיחה
חישוב נקודת הרתיחה על בסיס לחץ יכול להיעשות באמצעות מספר נוסחאות שונות. נוסחאות אלה משתנות במורכבות ובדיוק. באופן כללי, יחידות בחישובים אלה יהיו במערכת המטרית או מערכת הבינלאומית (SI), וכתוצאה מכך טמפרטורות במעלות צלזיוס (
oג). להמיר לפרנהייט (oF), השתמש בהמרה:T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
כאשר T פירושו טמפרטורה. באשר ללחץ האטמוספרי, יחידות הלחץ מתבטלות, ולכן באילו יחידות משתמשים, בין אם ממ"ס, ברים, psi או יחידה אחרת, פחות חשוב מלהיות בטוחים שכל מדידות הלחץ זהות יחידות.
נוסחה אחת לחישוב נקודת הרתיחה של המים משתמשת בנקודת הרתיחה הידועה בגובה פני הים, 100 מעלות צלזיוס, ה- לחץ האטמוספירה בגובה פני הים והלחץ האטמוספרי בזמן ובגובה בו לוקח הרתיחה מקום.
בגבהים גבוהים יותר, נקודת הרתיחה התחתונה של המים מחייבת בישול מזון לזמנים ארוכים יותר כדי להבטיח טמפרטורות פנימיות נאותות. ליתר ביטחון, השתמש במדחום בשר לבדיקת הטמפרטורות.
הנוסחה:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ^ o \ text {C / mmHg}
יכול לשמש למציאת טמפרטורת רתיחה לא ידועה למים.
בנוסחה זו, פירוש BPcorr הוא נקודת רתיחה בגובה פני הים, BPobs היא הטמפרטורה הלא ידועה, ו- Pobs פירושה הלחץ האטמוספרי במקום. הערך 760 מ"מ כספית הוא לחץ אטמוספרי סטנדרטי במילימטר כספית בגובה פני הים וב -0.045oC / mmHg הוא השינוי המשוער בטמפרטורת המים עם כל שינוי כספית במילימטר בלחץ.
אם הלחץ האטמוספרי שווה 600 מ"מ כספית ונקודת הרתיחה אינה ידועה בלחץ זה, המשוואה הופכת להיות
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ° \ text {C / mmHg}
חישוב המשוואה נותן:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7.2
יחידות ה- mmHg מבטלות זו את זו ומשאירות את היחידות במעלות צלזיוס. נפתרת לנקודת הרתיחה ב 600 מ"מ כספית, המשוואה הופכת ל:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7.2 ° \ text {C} = 92.8 ° \ text {C}
אז נקודת הרתיחה של מים ב 600 מ"מ כספית, גובה של כ 6400 רגל מעל פני הים, תהיה 92.8 מעלות צלזיוס, או:
92.8 \ times \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
אזהרות
משוואות לחישוב נקודת רתיחה
המשוואה המפורטת לעיל משתמשת ביחסי לחץ וטמפרטורה ידועים עם שינוי ידוע בטמפרטורה עם שינוי בלחץ. שיטות אחרות לחישוב נקודות רתיחה של נוזלים על בסיס לחץ אטמוספרי, כמו משוואת קלאוסיוס – קלפיירון:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ פעמים (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
לשלב גורמים נוספים. במשוואת קלאוסיוס-קלפיירון, למשל, המשוואה משלבת את היומן הטבעי (ln) של ההתחלה לחץ חלקי לחץ הסיום, החום הסמוי (L) של החומר וקבוע הגז האוניברסלי (R). חום סמוי מתייחס למשיכה בין מולקולות, תכונה של החומר המשפיע על קצב האידוי. חומרים עם חימום סמוי גבוה יותר דורשים יותר אנרגיה להרתיחה מכיוון שלמולקולות יש משיכה חזקה יותר זו לזו.
הערכת נקודת רתיחה
באופן כללי, ניתן לבצע קירוב לירידת נקודת הרתיחה למים על בסיס גובה. על כל עלייה בגובה של 500 מטר, נקודת הרתיחה של המים יורדת בערך 0.9 ° F.
קביעת נקודת רתיחה באמצעות נומוגרפיות
ניתן להשתמש בנומוגרף גם כדי להעריך את נקודות הרתיחה של נוזלים. נומוגרפיות משתמשות בשלושה סולמות כדי לחזות את נקודת הרתיחה. נומרוגרף מציג סולם טמפרטורת נקודת רתיחה, טמפרטורת נקודת רתיחה בסולם לחץ בגובה פני הים וסולם לחץ כללי.
כדי להשתמש בנומוגרף, חבר שני ערכים ידועים באמצעות סרגל וקרא את הערך הלא ידוע בסולם השלישי. התחל עם אחד הערכים הידועים. לדוגמא, אם נקודת הרתיחה בגובה פני הים ידועה והלחץ הברומטרי ידוע, חבר את שתי הנקודות האלה עם סרגל. הארכת הקו משני הידע המחוברים מראה מה צריכה להיות טמפרטורת נקודת הרתיחה בגובה זה. לעומת זאת, אם ידועה טמפרטורת נקודת הרתיחה ונקודת הרתיחה בגובה פני הים ידועה, השתמש בסרגל כדי לחבר את שתי הנקודות, והאריך את הקו כדי למצוא את הלחץ הברומטרי.
באמצעות מחשבונים מקוונים
כמה מחשבונים מקוונים מספקים טמפרטורות של נקודת רתיחה בגבהים שונים. רבים ממחשבונים אלה מראים רק את הקשר בין לחץ האטמוספירה לנקודת הרתיחה של המים, אך אחרים מראים תרכובות נפוצות נוספות.
באמצעות גרפים וטבלאות
פותחו גרפים וטבלאות של נקודות רתיחה של נוזלים רבים. במקרה של הטבלאות, נקודת הרתיחה של הנוזל מוצגת עבור לחצים אטמוספריים שונים. במקרים מסוימים, הטבלה מציגה נוזל אחד בלבד ואת נקודת הרתיחה בלחצים שונים. במקרים אחרים, ניתן להציג כמה נוזלים בלחצים שונים.
גרפים מראים עקומות של נקודת רתיחה בהתבסס על טמפרטורה ולחץ ברומטרי. הגרפים, כמו הנומוגרף, משתמשים בערכים ידועים ליצירת עקומה או, כמו במשוואת קלאוסיוס-קלפיירון, משתמשים ביומן הטבעי של הלחץ כדי לפתח קו ישר. השורה הגרפית מציגה את יחסי נקודת הרתיחה הידועים, בהתחשב בקבוצת ערכי לחץ וטמפרטורה. בידיעת ערך אחד, עקוב אחר קו הערך לקו טמפרטורת הלחץ הגרף ואז פנה לציר השני כדי לקבוע את הערך הלא ידוע.