圧力で沸点を決定する方法

「見張った鍋は決して沸騰しない」というのは、料理をするときの究極の真実のように思えるかもしれませんが、適切な状況下では、鍋は予想よりもさらに速く沸騰します。 キャンプであろうと化学であろうと、沸点を予測することは難しい場合があります。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

圧力に基づいて沸点を決定するには、方程式、推定、ノモグラフ、オンライン計算機、表、グラフを使用します。

沸騰は、液体の蒸気圧が液体の上の大気の気圧と等しいときに発生します。 たとえば、海面では、水は212°F（100°C）で沸騰します。 標高が高くなると、液体の上の大気の量が減少するため、液体の沸騰温度が低下します。 一般に、大気圧が低いほど、液体の​​沸点は低くなります。 大気圧に加えて、液体の分子構造と分子間の引力が沸点に影響を与えます。 分子間結合が弱い液体は、一般に、分子間結合が強い液体よりも低温で沸騰します。

圧力に基づいて沸点を計算するには、いくつかの異なる式を使用します。 これらの式は、複雑さと精度が異なります。 一般に、これらの計算の単位はメートル法または国際単位系（SI）であり、摂氏（^oC）。 華氏に変換するには（^oF）、変換を使用します：

ここで、Tは温度を意味します。 大気圧に関しては、圧力単位が相殺されるため、mmHg、bars、 psiまたは別の単位は、すべての圧力測定値が同じであることを確認するよりも重要ではありません 単位。

水の沸点を計算するための1つの式は、海抜100°Cでの既知の沸点を使用します。 海面での大気圧と沸騰がかかる時間と標高での大気圧 場所。

上で詳述した方程式は、既知の圧力と温度の関係と、圧力の変化に伴う既知の温度変化を使用しています。 クラウジウス・クラペイロン方程式のような、大気圧に基づいて液体の沸点を計算する他の方法：

追加の要素を組み込みます。 たとえば、クラウジウス-クラペイロン方程式では、方程式には開始の自然対数（ln）が組み込まれています。 圧力を終了圧力、材料の潜熱（L）、およびユニバーサルガス定数（R）で割った値。 潜熱は、気化の速度に影響を与える材料の特性である分子間の引力に関連しています。 潜熱が高い材料は、分子が互いに強い引力を持っているため、沸騰するためにより多くのエネルギーを必要とします。

一般に、水の沸点の低下の概算は、高度に基づいて行うことができます。 標高が500フィート上がるごとに、水の沸点は約0.9°F低下します。

ノモグラフを使用して、液体の沸点を推定することもできます。 ノモグラフは、沸点を予測するために3つのスケールを使用します。 ノモグラフは、沸点温度スケール、海面圧力スケールでの沸点温度、および一般的な圧力スケールを示します。

ノモグラフを使用するには、定規を使用して2つの既知の値を接続し、3番目のスケールで未知の値を読み取ります。 既知の値の1つから始めます。 たとえば、海面での沸点がわかっていて、気圧がわかっている場合は、これら2つのポイントを定規で接続します。 接続された2つの既知の値から線を延長すると、その標高での沸点温度がどうあるべきかがわかります。 逆に、沸点温度がわかっていて、海面での沸点がわかっている場合は、定規を使用して2つの点を接続し、線を延長して気圧を求めます。

いくつかのオンライン計算機は、さまざまな標高での沸点温度を提供します。 これらの計算機の多くは、大気圧と水の沸点との関係のみを示していますが、他の計算機は追加の一般的な化合物を示しています。

多くの液体の沸点のグラフと表が作成されています。 表の場合、液体の沸点はさまざまな大気圧で示されています。 場合によっては、表には1つの液体とさまざまな圧力での沸点のみが示されています。 他の場合には、異なる圧力のいくつかの液体が表示されることがあります。

グラフは、温度と気圧に基づく沸点曲線を示しています。 グラフは、ノモグラフと同様に、既知の値を使用して曲線を作成するか、クラウジウス-クラペイロン方程式と同様に、圧力の自然対数を使用して直線を作成します。 グラフ化された線は、圧力と温度の値のセットが与えられた場合の既知の沸点の関係を示しています。 1つの値がわかっている場合は、値の線をグラフ化された圧力-温度の線までたどり、もう一方の軸を回して未知の値を決定します。