Como determinar pontos de ebulição com pressão

Contente

• TL; DR (muito longo; não leu)
• Entendendo o ponto de ebulição
• Cálculo do ponto de ebulição
• Advertências
• Equações para calcular o ponto de ebulição
• Estimando o ponto de ebulição
• Determinando ponto de ebulição usando nomógrafos
• Usando calculadoras on-line
• Usando gráficos e tabelas

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

TL; DR (muito longo; não leu)

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

Entendendo o ponto de ebulição

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 elevação aumenta, a quantidade de atmosfera acima do líquido diminui, e a temperatura de ebulição do líquido diminui. Em geral, quanto menor a pressão atmosférica, menor a temperatura de ebulição de qualquer líquido. Além da pressão atmosférica, a estrutura molecular e a atração entre as moléculas do líquido afetam o ponto de ebulição. Líquidos com ligações intermoleculares fracas fervem, em geral, a temperaturas mais baixas do que líquidos com ligações intermoleculares fortes.

Cálculo do ponto de ebulição

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 T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, onde T significa temperatura. Quanto à pressão atmosférica, as unidades de pressão cancelam, de modo que as unidades usadas, mmHg, barras, psi ou outra unidade, são menos importantes do que garantir que todas as medições de pressão sejam 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, a pressão atmosférica ao nível do mar e a pressão atmosférica no momento e elevação em que a ebulição ocorre.

A fórmula BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0,045 ^oC / mmHg pode ser usado para encontrar uma temperatura de ebulição desconhecida para a água.

Nesta fórmula, BPcorr significa ponto de ebulição ao nível do mar, BPobs é a temperatura desconhecida e Pobs significa a pressão atmosférica no local. O valor 760mmHg é a pressão atmosférica padrão em milímetros de mercúrio ao nível do mar e 0,045^oC / mmHg é a variação aproximada da temperatura da água com cada variação milimétrica de mercúrio na pressão.

Se a pressão atmosférica for igual a 600 mmHg e o ponto de ebulição for desconhecido nessa pressão, a equação se tornará 100 ° C = BPobs- (600mmHg-760mmHg) x 0,045 ° C / mmHg.

O cálculo da equação fornece 100 ° C = BPobs - (- 160mmHg) x 0,045 ° C / mmHg. Simplificado, 100 ° C = BPobs + 7,2. As unidades de mmHg se cancelam, deixando as unidades em graus Celsius. Resolvida para o ponto de ebulição a 600 mmHg, a equação é: BPobs = 100 ° C-7,2 ° C = 92,8 ° C. Portanto, o ponto de ebulição da água a 600 mmHg, uma altitude de aproximadamente 6400 pés acima do nível do mar, será de 92,8 ° C ou 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.

Advertências

Equações para calcular o ponto de ebulição

A equação detalhada acima usa uma relação de pressão e temperatura conhecida com uma mudança conhecida de temperatura com mudança de pressão. Outros métodos para calcular pontos de ebulição de líquidos com base na pressão atmosférica, como a equação de Clausius-Clapeyron, incorporam fatores adicionais. Na equação de Clausius-Clapeyron, por exemplo, a equação incorpora o logaritmo natural (ln) da pressão inicial dividido pela pressão final, o calor latente (L) do material e a constante universal de gás (R). O calor latente está relacionado à atração entre moléculas, uma propriedade do material que influencia a taxa de vaporização. Materiais com altas temperaturas latentes requerem mais energia para ferver, porque as moléculas têm uma atração mais forte entre si.

Estimando o ponto de ebulição

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 de altitude, o ponto de ebulição da água cai cerca de 0,9 ° F.

Determinando ponto de ebulição usando nomógrafos

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 no 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 a uma régua. Estender a linha dos dois conhecidos conectados mostra qual deve ser a temperatura do ponto de ebulição nessa elevação. Por outro lado, se a temperatura do ponto de ebulição for conhecida e o ponto de ebulição no nível do mar, use uma régua para conectar os dois pontos, estendendo a linha para encontrar a pressão barométrica.

Usando calculadoras on-line

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.

Usando gráficos e tabelas

Gráficos e tabelas de pontos de ebulição de muitos líquidos foram desenvolvidos. No caso das tabelas, o ponto de ebulição dos líquidos é mostrado para diferentes pressões atmosféricas. Em alguns casos, a tabela mostra apenas um líquido e o ponto de ebulição a várias pressões. Em outros casos, vários líquidos a 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 conhecidas do ponto de ebulição, considerando um conjunto de valores de pressão e temperatura. Conhecendo um valor, siga a linha de valor até a linha de pressão-temperatura representada no gráfico e depois vire para o outro eixo para determinar o valor desconhecido.