Como determinar os pontos de ebulição com pressão

"Uma panela observada nunca ferve" pode parecer o truísmo definitivo ao cozinhar, mas nas circunstâncias certas, a panela ferve ainda mais rápido do que o esperado. Seja acampando ou fazendo química, prever o ponto de ebulição pode ser um desafio.

TL; DR (muito longo; Não li)

A determinação do ponto de ebulição com base na pressão pode ser realizada usando equações, estimativas, nomógrafos, calculadoras on-line, tabelas e gráficos.

A ebulição ocorre quando a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão do ar da atmosfera acima do líquido. Por exemplo, ao nível do mar, a água ferve a 212 ° F (100 ° C). À medida que a altitude aumenta, a quantidade de atmosfera acima do líquido diminui, então a temperatura de ebulição do líquido diminui. Em geral, quanto mais baixa a pressão atmosférica, mais baixa é a temperatura de ebulição de qualquer líquido. Além da pressão atmosférica, a estrutura molecular e a atração entre as moléculas do líquido impactam o ponto de ebulição. Líquidos com ligações intermoleculares fracas fervem, em geral, em temperaturas mais baixas do que líquidos com ligações intermoleculares fortes.

O cálculo do ponto de ebulição com base na pressão pode ser feito usando várias fórmulas diferentes. Essas fórmulas variam em complexidade e precisão. Em geral, as unidades nesses cálculos estarão no sistema métrico ou System International (SI), resultando em temperaturas em graus Celsius (^oC). Para converter para Fahrenheit (^oF), use a conversão:

onde T significa temperatura. Quanto à pressão atmosférica, as unidades de pressão se cancelam, então quais unidades são usadas, sejam mmHg, bares, psi ou outra unidade, é menos importante do que ter certeza de que todas as medições de pressão são as mesmas unidades.

Uma fórmula para calcular o ponto de ebulição da água usa o ponto de ebulição conhecido ao nível do mar, 100 ° C, o pressão atmosférica ao nível do mar e a pressão atmosférica no momento e altitude onde ocorre a ebulição Lugar, colocar.

A equação detalhada acima usa uma relação conhecida de pressão e temperatura com uma mudança conhecida na temperatura com a mudança na pressão. Outros métodos para calcular os pontos de ebulição de líquidos com base na pressão atmosférica, como a equação de Clausius-Clapeyron:

incorporar fatores adicionais. Na equação de Clausius-Clapeyron, por exemplo, a equação incorpora o logaritmo natural (ln) do início pressão dividida pela pressão final, o calor latente (L) do material e a constante universal de gás (R). O calor latente está relacionado à atração entre as moléculas, propriedade do material que influencia a taxa de vaporização. Os materiais com maiores calores latentes requerem mais energia para ferver porque as moléculas têm uma atração mais forte umas pelas outras.

Em geral, uma aproximação da queda no ponto de ebulição da água pode ser feita com base na altitude. Para cada aumento de 500 pés na altitude, o ponto de ebulição da água cai cerca de 0,9 ° F.

Um nomógrafo também pode ser usado para estimar os pontos de ebulição dos líquidos. Os nomógrafos usam três escalas para prever o ponto de ebulição. Um nomógrafo mostra uma escala de temperatura de ponto de ebulição, uma temperatura de ponto de ebulição na escala de pressão ao nível do mar e uma escala de pressão geral.

Para usar o nomógrafo, conecte dois valores conhecidos usando uma régua e leia o valor desconhecido na terceira escala. Comece com um dos valores conhecidos. Por exemplo, se o ponto de ebulição ao nível do mar for conhecido e a pressão barométrica for conhecida, conecte esses dois pontos com uma régua. Estender a linha dos dois conhecidos conectados mostra qual deve ser a temperatura do ponto de ebulição naquela elevação. Por outro lado, se a temperatura do ponto de ebulição for conhecida e o ponto de ebulição ao nível do mar for conhecido, use uma régua para conectar os dois pontos, estendendo a linha para encontrar a pressão barométrica.

Várias calculadoras on-line fornecem temperaturas de ponto de ebulição em diferentes elevações. Muitas dessas calculadoras mostram apenas a relação entre a pressão atmosférica e o ponto de ebulição da água, mas outras mostram compostos comuns adicionais.

Gráficos e tabelas de pontos de ebulição de muitos líquidos foram desenvolvidos. No caso das tabelas, o ponto de ebulição do líquido é mostrado para diferentes pressões atmosféricas. Em alguns casos, a tabela mostra apenas um líquido e o ponto de ebulição em várias pressões. Em outros casos, vários líquidos em diferentes pressões podem ser mostrados.

Os gráficos mostram curvas de ponto de ebulição com base na temperatura e pressão barométrica. Os gráficos, como o nomógrafo, usam valores conhecidos para criar uma curva ou, como na equação de Clausius-Clapeyron, usam o logaritmo natural da pressão para desenvolver uma linha reta. A linha gráfica mostra as relações de ponto de ebulição conhecidas, dado um conjunto de valores de pressão e temperatura. Sabendo um valor, siga a linha de valor até a linha gráfica de pressão-temperatura e, em seguida, gire para o outro eixo para determinar o valor desconhecido.