Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Forstå kogepunkt
- Beregning af kogepunkt
- Advarsler
- Ligninger til beregning af kogepunkt
- Estimering af kogepunkt
- Bestemmelse af kogepunkt ved hjælp af nomografer
- Brug af online-regnemaskiner
- Brug af grafer og tabeller
"En overvåget gryde koger aldrig" kan virke som den ultimative truisme, når du laver mad, men under de rigtige omstændigheder koger gryden endnu hurtigere end forventet. Uanset om det er camping eller kemi, det kan være udfordrende at forudsige kogepunktet.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Bestemmelse af kogepunkt baseret på tryk kan udføres ved hjælp af ligninger, estimering, nomografer, on-line regnemaskiner, tabeller og grafer.
Forstå kogepunkt
Kogning sker, når en væskes damptryk er lig med lufttrykket i atmosfæren over væsken. For eksempel koges vand ved havoverfladen ved 100 ° C (212 ° F). Når stigningen stiger, falder mængden af atmosfære over væsken, så væskens kogetemperatur falder. Generelt, jo lavere atmosfæretrykket er, jo lavere er kogetemperaturen for enhver væske. Udover atmosfærisk tryk påvirker molekylstrukturen og tiltrækningen mellem væskens molekyler kogepunktet. Væsker med svage intermolekylære bindinger koges generelt ved lavere temperaturer end væsker med stærke intermolekylære bindinger.
Beregning af kogepunkt
Beregning af kogepunkt baseret på tryk kan udføres ved hjælp af flere forskellige formler. Disse formler varierer i kompleksitet og nøjagtighed. Generelt vil enheder i disse beregninger være i det metriske eller System International (SI) -system, hvilket resulterer i temperaturer i grader Celsius (oC). Sådan konverteres til Fahrenheit (oF), brug konverteringen T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, hvor T betyder temperatur. Hvad angår atmosfæretrykket, annullerer tryk enhederne, så hvilke enheder der bruges, hvad enten mmHg, stænger, psi eller en anden enhed er mindre vigtige end at være sikker på, at alle trykmålinger er de samme enheder.
En formel til beregning af kogepunktet for vand bruger det kendte kogepunkt ved havets overflade, 100 ° C, det atmosfæriske tryk ved havoverfladen og det atmosfæriske tryk på det tidspunkt og højden, hvor kogningen finder sted.
Formlen BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0,045 oC / mmHg kan bruges til at finde en ukendt kogetemperatur for vand.
I denne formel betyder BPcorr kogepunkt ved havoverfladen, BPobs er den ukendte temperatur, og Pobs betyder atmosfæretrykket på stedet. Værdien 760 mmHg er standard atmosfærisk tryk i millimeter kviksølv ved havets overflade og 0,045oC / mmHg er den omtrentlige ændring i vandtemperatur med hver millimeter kviksølvændring i tryk.
Hvis det atmosfæriske tryk er lig med 600 mmHg, og kogepunktet er ukendt ved det tryk, bliver ligningen 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760mmHg) x0.045 ° C / mmHg.
Beregning af ligningen giver 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x0.045 ° C / mmHg. Forenklet 100 ° C = BPobs + 7,2. Enhederne på mmHg annullerer hinanden og efterlader enhederne som grader Celsius. Løst til kogepunktet ved 600 mm Hg, ligningen bliver: BPobs = 100 ° C-7,2 ° C = 92,8 ° C. Så kogepunktet for vand ved 600 mm Hg, en højde på cirka 6400 fod over havets overflade, vil være 92,8 ° C eller 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.
Advarsler
Ligninger til beregning af kogepunkt
Ligningen beskrevet ovenfor anvender et kendt tryk- og temperaturforhold med en kendt temperaturændring med ændring i tryk. Andre metoder til beregning af kogepunkter for væsker baseret på atmosfærisk tryk, som Clausius – Clapeyron-ligningen, indeholder yderligere faktorer. I Clausius-Clapeyron-ligningen inkorporerer for eksempel ligningen den naturlige log (ln) for starttrykket divideret med sluttrykket, den latente varme (L) af materialet og den universelle gaskonstant (R). Latent varme vedrører tiltrækningen mellem molekyler, en egenskab ved materialet, der påvirker fordampningshastigheden. Materialer med højere latent opvarmning kræver mere energi til at koge, fordi molekylerne har en stærkere tiltrækning til hinanden.
Estimering af kogepunkt
Generelt kan der foretages en tilnærmelse af faldet i kogepunktet for vand baseret på højden. For hver 500 fod stigning i højden falder kogepunktet for vand ca. 0,9 ° F.
Bestemmelse af kogepunkt ved hjælp af nomografer
En nomograf kan også bruges til at estimere kogepunkterne for væsker. Nomografer bruger tre skalaer til at forudsige kogepunkt. En nomograf viser en kogepunktstemperaturskala, en kogepunktstemperatur ved havets niveau skala og en generel trykskala.
For at bruge nomografen skal du forbinde to kendte værdier ved hjælp af en lineal og læse den ukendte værdi på den tredje skala. Start med en af de kendte værdier. For eksempel, hvis kogepunktet ved havoverfladen er kendt, og det barometriske tryk er kendt, skal du forbinde disse to punkter med en lineal. Udvidelse af linjen fra de to tilsluttede kendte viser, hvad kogepunktstemperaturen ved denne højde skal være. Omvendt, hvis kogepunktstemperaturen er kendt, og kogepunktet ved havoverfladen er kendt, skal du bruge en lineal til at forbinde de to prikker og forlænge linjen for at finde det barometriske tryk.
Brug af online-regnemaskiner
Flere online-regnemaskiner giver kogepunktstemperaturer i forskellige højder. Mange af disse regnemaskiner viser kun forholdet mellem atmosfærisk tryk og kogepunktet for vand, men andre viser yderligere almindelige forbindelser.
Brug af grafer og tabeller
Der er udviklet grafer og tabeller over kogepunkter for mange væsker. I tilfælde af tabellerne vises væskekogepunktet for forskellige atmosfæriske tryk. I nogle tilfælde viser tabellen kun en væske og kogepunktet ved forskellige tryk. I andre tilfælde kan der vises flere væsker ved forskellige tryk.
Grafer viser kogepunktskurver baseret på temperatur og barometrisk tryk. Graferne bruger ligesom nomografen kendte værdier til at skabe en kurve, eller som med Clausius-Clapeyron-ligningen bruger du den naturlige log for trykket til at udvikle en lige linje. Den grafiske linje viser de kendte kogepunktsforhold, givet et sæt af tryk og temperaturværdier. Når du kender en værdi, skal du følge værdelinjen til den grafiske tryk-temperaturlinie og derefter dreje til den anden akse for at bestemme den ukendte værdi.