Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Siedepunkt verstehen
- Berechnung des Siedepunktes
- Warnungen
- Gleichungen zur Berechnung des Siedepunktes
- Siedepunkt abschätzen
- Siedepunkt mit Nomographen bestimmen
- Online-Taschenrechner verwenden
- Verwenden von Grafiken und Tabellen
"Ein beobachteter Topf kocht nie" mag beim Kochen als die ultimative Binsenweisheit erscheinen, aber unter den richtigen Umständen kocht der Topf noch schneller als erwartet. Ob Camping oder Chemie, die Vorhersage des Siedepunkts kann eine Herausforderung sein.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Bestimmung des Siedepunkts anhand des Drucks kann mithilfe von Gleichungen, Schätzungen, Nomogrammen, Online-Rechnern, Tabellen und Diagrammen erfolgen.
Siedepunkt verstehen
Kochen tritt auf, wenn der Dampfdruck einer Flüssigkeit dem Luftdruck der Atmosphäre über der Flüssigkeit entspricht. Auf Meereshöhe kocht das Wasser beispielsweise bei 100 ° C. Mit zunehmender Höhe nimmt die Menge an Atmosphäre über der Flüssigkeit ab, so dass die Siedetemperatur der Flüssigkeit abnimmt. Im Allgemeinen ist die Siedetemperatur einer Flüssigkeit umso niedriger, je niedriger der atmosphärische Druck ist. Neben dem atmosphärischen Druck wirkt sich die molekulare Struktur und Anziehung zwischen den Molekülen der Flüssigkeit auf den Siedepunkt aus. Flüssigkeiten mit schwachen intermolekularen Bindungen sieden im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen als Flüssigkeiten mit starken intermolekularen Bindungen.
Berechnung des Siedepunktes
Die Berechnung des Siedepunkts anhand des Drucks kann nach verschiedenen Formeln erfolgen. Diese Formeln variieren in Komplexität und Genauigkeit. Im Allgemeinen werden die Einheiten in diesen Berechnungen im metrischen System oder im System International (SI) angegeben, was zu Temperaturen in Grad Celsius führt (OC). So konvertieren Sie in Fahrenheit (OF) verwende die Umrechnung T (° F) = T (° C) × 9 9 5 + 32, wobei T die Temperatur bedeutet. Bezüglich des atmosphärischen Drucks heben sich die Druckeinheiten auf, so dass es weniger wichtig ist, welche Einheiten verwendet werden, ob mmHg, bar, psi oder eine andere Einheit, als sicherzustellen, dass alle Druckmessungen die gleichen Einheiten sind.
Eine Formel zur Berechnung des Siedepunkts von Wasser verwendet den bekannten Siedepunkt auf Meereshöhe von 100 ° C, den atmosphärischen Druck auf Meereshöhe und den atmosphärischen Druck zu dem Zeitpunkt und der Höhe, an dem das Kochen stattfindet.
Die Formel BPcorr = BPobs - (Pobs - 760 mmHg) × 0,045 OMit C / mmHg kann eine unbekannte Siedetemperatur für Wasser ermittelt werden.
In dieser Formel bedeutet BPcorr den Siedepunkt auf Meereshöhe, BPobs die unbekannte Temperatur und Pobs den atmosphärischen Druck am Ort. Der Wert 760 mmHg ist der normale atmosphärische Druck in Millimeter Quecksilbersäule auf Meereshöhe und 0,045OC / mmHg ist die ungefähre Änderung der Wassertemperatur mit jeder Millimeter-Quecksilber-Druckänderung.
Wenn der atmosphärische Druck 600 mmHg beträgt und der Siedepunkt bei diesem Druck unbekannt ist, wird die Gleichung zu 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760 mmHg) × 0,045 ° C / mmHg.
Die Berechnung der Gleichung ergibt 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) × 0,045 ° C / mmHg. Vereinfacht, 100 ° C = BPobs + 7,2. Die Einheiten von mmHg heben sich gegenseitig auf und lassen die Einheiten in Grad Celsius. Für den Siedepunkt bei 600 mmHg wird die Gleichung wie folgt gelöst: BPobs = 100 ° C - 7,2 ° C = 92,8 ° C. Der Siedepunkt von Wasser bei 600 mmHg, einer Höhe von ungefähr 600 m über dem Meeresspiegel, beträgt 92,8 ° C oder 92,8 × 9 × 5 + 32 = 199 ° F.
Warnungen
Gleichungen zur Berechnung des Siedepunktes
Die oben ausgeführte Gleichung verwendet eine bekannte Druck- und Temperaturbeziehung mit einer bekannten Temperaturänderung mit Druckänderung. Andere Methoden zur Berechnung des Siedepunkts von Flüssigkeiten auf der Grundlage des atmosphärischen Drucks wie die Clausius-Clapeyron-Gleichung berücksichtigen zusätzliche Faktoren. In der Clausius-Clapeyron-Gleichung beinhaltet die Gleichung beispielsweise den natürlichen logarithmischen Wert (ln) des Ausgangsdrucks geteilt durch den Enddruck, die latente Wärme (L) des Materials und die universelle Gaskonstante (R). Latente Wärme bezieht sich auf die Anziehung zwischen Molekülen, eine Eigenschaft des Materials, die die Verdampfungsrate beeinflusst. Materialien mit höherer latenter Wärme erfordern mehr Energie zum Kochen, da die Moleküle eine stärkere Anziehung zueinander haben.
Siedepunkt abschätzen
Im Allgemeinen kann eine Annäherung des Siedepunktabfalls für Wasser auf der Grundlage der Höhe vorgenommen werden. Mit jedem Anstieg der Höhe um 500 Fuß sinkt der Siedepunkt des Wassers um 0,9 ° F.
Siedepunkt mit Nomographen bestimmen
Ein Nomograph kann auch verwendet werden, um die Siedepunkte von Flüssigkeiten abzuschätzen. Nomographen verwenden drei Skalen, um den Siedepunkt vorherzusagen. Ein Nomogramm zeigt eine Siedetemperaturskala, eine Siedetemperatur auf Meeresspiegeldruckskala und eine allgemeine Druckskala.
Um den Nomographen zu verwenden, verbinden Sie zwei bekannte Werte mit einem Lineal und lesen Sie den unbekannten Wert auf der dritten Skala ab. Beginnen Sie mit einem der bekannten Werte. Wenn beispielsweise der Siedepunkt auf Meereshöhe und der Luftdruck bekannt sind, verbinden Sie diese beiden Punkte mit einem Lineal. Die Verlängerung der Linie von den beiden verbundenen bekannten zeigt, wie hoch die Siedepunkttemperatur in dieser Höhe sein sollte. Wenn umgekehrt die Siedetemperatur und der Siedepunkt auf Meereshöhe bekannt sind, verbinden Sie die beiden Punkte mit einem Lineal, indem Sie die Linie verlängern, um den Luftdruck zu ermitteln.
Online-Taschenrechner verwenden
Mehrere Online-Rechner liefern Siedetemperaturen in unterschiedlichen Höhen. Viele dieser Rechner zeigen nur die Beziehung zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Siedepunkt von Wasser, andere zeigen jedoch weitere übliche Verbindungen.
Verwenden von Grafiken und Tabellen
Es wurden Diagramme und Tabellen der Siedepunkte vieler Flüssigkeiten entwickelt. In den Tabellen ist der Siedepunkt der Flüssigkeiten für verschiedene atmosphärische Drücke angegeben. In einigen Fällen zeigt die Tabelle nur eine Flüssigkeit und den Siedepunkt bei verschiedenen Drücken. In anderen Fällen können mehrere Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Drücken angezeigt werden.
Diagramme zeigen Siedepunktkurven basierend auf Temperatur und Luftdruck. Die Grafiken verwenden wie der Nomograph bekannte Werte, um eine Kurve zu erstellen, oder verwenden, wie bei der Clausius-Clapeyron-Gleichung, das natürliche Log des Drucks, um eine gerade Linie zu entwickeln. Die grafische Linie zeigt die bekannten Siedepunktverhältnisse bei einer Reihe von Druck- und Temperaturwerten. Wenn Sie einen Wert kennen, folgen Sie der Wertelinie bis zur grafischen Druck-Temperatur-Linie und drehen Sie dann zur anderen Achse, um den unbekannten Wert zu bestimmen.