- ما هي نقطة الغليان؟
- كيف يتم حساب نقطة الغليان؟
- أمثلة على درجة الغليان
- نقطة الانصهار
- نقطة التجمد
- نقطة انصهار ونقطة غليان الماء
نفسر ما هي نقطة الغليان وكيف يتم حسابها. أمثلة على درجة الغليان. نقطة الانصهار والتجمد.
ما هي نقطة الغليان؟
نقطة الغليان هي درجة الحرارة الذي ضغط بخار من سائل (الضغط الذي تمارسه المرحلة الغازية على الطور السائل في نظام مغلق عند درجة حرارة معينة) يساوي الضغط المحيط بالسائل. عندما يحدث هذا ، يتحول السائل إلى غاز.
نقطة الغليان هي خاصية تعتمد بشدة على الضغط المحيط. السائل الخاضع لضغط مرتفع للغاية يكون عنده نقطة غليان أعلى مما لو أخضعناه لضغوط منخفضة ، أي أنه سيستغرق وقتًا أطول ليتبخر عندما يتعرض لضغوط عالية. بسبب هذه الاختلافات في نقطة الغليان ، حدد IUPAC نقطة الغليان القياسية: إنها درجة الحرارة التي يتحول عندها السائل إلى بخار عند ضغط 1 بار.
نقطة مهمة هي أن درجة غليان مادة ما لا يمكن زيادتها إلى أجل غير مسمى. عندما نزيد درجة حرارة السائل لتجاوز نقطة الغليان وما زلنا نواصل زيادتها ، فإننا نصل إلى درجة حرارة تسمى "درجة الحرارة الحرجة". درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي فوقها لا يمكن تحويل الغاز إلى سائل عن طريق زيادة الضغط ، أي أنه لا يمكن تسييله. عند درجة الحرارة هذه ، لا يوجد طور سائل أو طور بخار محدد.
تختلف نقطة الغليان لكل مادة. تعتمد هذه الخاصية على الكتلة الجزيئية لـ مادة ونوع القوى بين الجزيئية التي يقدمها (الرابطة الهيدروجينية ، ثنائي القطب الدائم ، ثنائي القطب المستحث) ، والتي تعتمد بدورها على ما إذا كانت المادة تساهمية قطبية أم تساهمية غير قطبية (غير قطبية).
عندما تكون درجة حرارة مادة ما أقل من درجة غليانها ، يكون جزء منها فقط الجزيئات تقع على سطحه سيكون لها طاقة يكفي لكسر التوتر السطحي للسائل والهروب إلى مرحلة البخار. من ناحية أخرى ، عندما يتم توفير الحرارة للنظام ، هناك زيادة في غير قادر علي من النظام (الميل إلى اضطراب جزيئات النظام).
كيف يتم حساب نقطة الغليان؟
باستخدام معادلة Clausius-Clapeyron ، يمكن تمييز انتقالات الطور لنظام يتكون من مكون واحد. يمكن استخدام هذه المعادلة لحساب درجة غليان المواد ويتم تطبيقها على النحو التالي:
أين:
P1 هو الضغط الذي يساوي 1 بار ، أو في الغلاف الجوي (0.986923 ضغط جوي)
T1 هي درجة حرارة الغليان (نقطة الغليان) للمكون ، وتُقاس عند ضغط 1 بار (P1) ويُعبر عنها بالدرجات كلفن (K).
P2 هو ضغط بخار المكون المعبر عنه في شريط أو في أجهزة الصراف الآلي.
T2 هي درجة حرارة المكون (معبراً عنها بالدرجات الكلفينية) التي يقاس عندها ضغط البخار P2.
𝚫H هو التغيير في المحتوى الحراري تبخير متوسط على مدى درجة الحرارة التي يتم حسابها. يتم التعبير عنها بـ J / mol أو وحدات طاقة مكافئة.
R هو ثابت الغاز المكافئ لـ 8.314 J / Kmol
ln هو اللوغاريتم الطبيعي
يتم مسح درجة حرارة الغليان (نقطة الغليان) T1
أمثلة على درجة الغليان
بعض نقاط الغليان المعروفة والمسجلة تحت ظروف الضغط العادي (1 ضغط جوي) هي كما يلي:
- ماء: 100 درجة مئوية
- الهليوم: -268.9 درجة مئوية
- الهيدروجين: -252.8 درجة مئوية
- الكالسيوم: 1484 درجة مئوية
- البريليوم: 2471 درجة مئوية
- السيليكون: 3265 درجة مئوية
- كربون على شكل جرافيت: 4827 درجة مئوية
- البورون: 3927 درجة مئوية
- الموليبدينوم: 4639 درجة مئوية
- الأوزميوم: 5012 درجة مئوية
- تنجستن: 5930 درجة مئوية
نقطة الانصهار
نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتغير فيها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
تسمى درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة الصلبة إلى سائل بنقطة الانصهار وخلال انتقال المرحلة الصلبة إلى السائلة تظل درجة الحرارة ثابتة. في هذه الحالة ، يتم توفير الحرارة للنظام حتى ترتفع درجة حرارته بشكل كافٍ للنظام حركة له حبيبات في الهيكل الصلب أكبر ، مما يؤدي إلى انفصالها وتدفقها نحو الطور السائل.
تعتمد نقطة الانصهار أيضًا على الضغط وتكون عمومًا مساوية لنقطة تجمد المادة (حيث يصبح السائل صلبًا عند تبريده بدرجة كافية) لمعظم مواد.
نقطة التجمد
نقطة التجمد هي عكس نقطة الانصهار ، أي درجة الحرارة التي ينقبض عندها السائل ، وتفقد جزيئاته الحركة وتكتسب بنية ذاكرة أكثر صلابة ومقاومة للتشوه والشكل (فريدة من نوعها للمواد الموجودة في الحالة الصلبة). أي درجة الحرارة التي يتحول عندها السائل إلى مادة صلبة. الاندماج يتطلب التوريد طاقة السعرات الحرارية للنظام ، بينما يتطلب التجميد إزالة الطاقة الحرارية (التبريد).
من ناحية أخرى ، تعتمد نقطة التجمد أيضًا على الضغط. مثال على ذلك ما يحدث عندما يتم تبريد الماء إلى درجة حرارة من 0 درجة مئوية إلى 1 ضغط جوي ، عندما يتجمد ويتحول إلى جليد. إذا تم تبريده إلى ضغط مختلف تمامًا عن 1 ضغط جوي ، فقد تكون النتيجة مختلفة تمامًا ، على سبيل المثال ، إذا كان الضغط أعلى بكثير ، فقد يستغرق الأمر وقتًا حتى يتجمد ، حيث تقل نقطة التجمد.
نقطة انصهار ونقطة غليان الماء
غالبًا ما يستخدم الماء كمعيار عند قياس درجة انصهار وغليان المواد. بشكل عام ، عند الضغط العادي ، تكون نقطة غليانها 100 درجة مئوية ونقطة انصهارها هي 0 درجة مئوية (في حالة الجليد). يمكن أن يختلف هذا بشكل كبير في الحالات التي يكون فيها ملف ماء لها مواد أخرى ذائبة فيها ، سائلة أو صلبة ، مثل ماء البحر الغني بالأملاح التي تعدل خواصها الفيزيائية والكيميائية.
إن تأثير الضغط ملحوظ أيضًا. من المعروف أنه عند 1 ضغط جوي تكون نقطة غليان الماء 100 درجة مئوية ، ولكن عند وصولها إلى 0.06 ضغط جوي ، سوف نتفاجأ عندما نلاحظ أن الغليان يحدث عند 0 درجة مئوية (بدلاً من التجميد).