- Wat is het kookpunt?
- Hoe wordt het kookpunt berekend?
- Voorbeelden van kookpunt
- Smeltpunt
- Vriespunt
- Smeltpunt en kookpunt van water
We leggen uit wat het kookpunt is en hoe het wordt berekend. Voorbeelden van kookpunt. Smelt- en vriespunt.
Wat is het kookpunt?
Het kookpunt is de temperatuur- waarop de Druk stoom van vloeistof (druk uitgeoefend door de gasfase op de vloeistoffase in een gesloten systeem bij een bepaalde temperatuur) is gelijk aan de druk rondom de vloeistof. Wanneer dit gebeurt, verandert de vloeistof in gas.
Het kookpunt is een eigenschap die sterk afhankelijk is van de omgevingsdruk. Een vloeistof die aan een zeer hoge druk wordt blootgesteld, zal een hoger kookpunt hebben dan wanneer we deze aan lagere drukken onderwerpen, dat wil zeggen dat het langer duurt om te verdampen wanneer deze wordt blootgesteld aan hoge drukken. Vanwege deze kookpuntvariaties definieerde de IUPAC het standaard kookpunt: het is de temperatuur waarbij een vloeistof bij een druk van 1 bar in damp verandert.
Een belangrijk punt is dat het kookpunt van een stof niet onbeperkt kan worden verhoogd. Wanneer we de temperatuur van een vloeistof verhogen om het kookpunt te overschrijden en het toch blijven verhogen, bereiken we een temperatuur die 'kritische temperatuur' wordt genoemd. De kritische temperatuur is de temperatuur waarboven het gas niet door toenemende druk in een vloeistof kan worden omgezet, dat wil zeggen dat het niet vloeibaar kan worden gemaakt. Bij deze temperatuur is er geen gedefinieerde vloeistoffase of dampfase.
Het kookpunt is voor elke stof anders. Deze eigenschap hangt af van de molecuulmassa van de substantie en het type intermoleculaire krachten dat het presenteert (waterstofbinding, permanente dipool, geïnduceerde dipool), die op zijn beurt afhangt van het feit of de stof polair covalent of niet-polair covalent (niet-polair) is.
Wanneer de temperatuur van een stof onder het kookpunt ligt, is slechts een deel van de temperatuur moleculen gelegen op het oppervlak zal hebben Energie genoeg om de oppervlaktespanning van de vloeistof te breken en in de dampfase te ontsnappen. Aan de andere kant, wanneer warmte aan het systeem wordt geleverd, is er een toename van de entropie van het systeem (neiging tot wanorde van de deeltjes van het systeem).
Hoe wordt het kookpunt berekend?
Met behulp van de Clausius-Clapeyron-vergelijking kunnen de faseovergangen van een systeem dat uit een enkele component bestaat, worden gekarakteriseerd. Deze vergelijking kan worden gebruikt om het kookpunt van stoffen te berekenen en wordt als volgt toegepast:
Waar:
P1 is de druk gelijk aan 1 bar, of in atmosfeer (0,986923 atm)
T1 is de kooktemperatuur (kookpunt) van de component, gemeten bij een druk van 1 bar (P1) en uitgedrukt in graden Kelvin (K).
P2 is de dampdruk van de component uitgedrukt in bar of in atm.
T2 is de componenttemperatuur (uitgedrukt in graden Kelvin) waarbij de dampdruk P2 wordt gemeten.
𝚫H is de enthalpieverandering van verdamping gemiddelde over het temperatuurbereik dat wordt berekend. Het wordt uitgedrukt in J / mol of equivalente eenheden van energie.
R is de gasconstante gelijk aan 8,314 J / Kmol
ln is de natuurlijke logaritme
De kooktemperatuur (kookpunt) T1 wordt gewist
Voorbeelden van kookpunt
Enkele bekende en geregistreerde kookpunten onder normale drukomstandigheden (1 atm) zijn als volgt:
- Water: 100 ºC
- Helium: -268,9 ºC
- Waterstof: -252,8 C
- Calcium: 1484 ºC
- Beryllium: 2471 ºC
- Silicium: 3265 ºC
- Koolstof in de vorm van grafiet: 4827 ºC
- Borium: 3927 ºC
- Molybdeen: 4639 ºC
- Osmium: 5012 ºC
- Wolfraam: 5930 ºC
Smeltpunt
Het smeltpunt is de temperatuur waarbij een stof verandert van een vaste naar een vloeibare toestand.
De temperatuur waarbij een vaste stof in een vloeistof verandert, wordt het smeltpunt genoemd en tijdens de overgang tussen vast en vloeibaar wordt de temperatuur constant gehouden. In dit geval wordt warmte aan het systeem geleverd totdat de temperatuur voldoende stijgt om het systeem beweging zijn deeltjes in de vaste structuur groter is, waardoor ze scheiden en naar de vloeibare fase stromen.
Het smeltpunt is ook afhankelijk van de druk en is over het algemeen gelijk aan het vriespunt van de materie (waarbij een vloeistof vast wordt wanneer deze voldoende is afgekoeld) voor de meeste stoffen.
Vriespunt
Het vriespunt is het tegenovergestelde van het smeltpunt, dat wil zeggen de temperatuur waarbij een vloeistof samentrekt, zijn deeltjes beweging verliezen en een structuur stijver, bestand tegen vervorming en vormgeheugen (uniek voor de stoffen in vaste toestand). Dat wil zeggen, het is de temperatuur waarbij de vloeistof in een vaste stof verandert. De fusie vereist levering calorische energie naar het systeem, terwijl voor bevriezing warmte-energie moet worden verwijderd (koeling).
Anderzijds is het vriespunt ook afhankelijk van de druk. Een voorbeeld is wat er gebeurt als water wordt afgekoeld tot een temperatuur van 0ºC tot 1 atm, als het bevriest en in ijs verandert. Als het wordt afgekoeld tot een druk die heel anders is dan 1 atm, kan het resultaat heel anders zijn, bijvoorbeeld als de druk veel hoger is, kan het even duren voordat het bevriest, omdat het vriespunt daalt.
Smeltpunt en kookpunt van water
Bij het meten van het smelt- en kookpunt van stoffen wordt vaak water als maatstaf gebruikt. In het algemeen is bij normale druk het kookpunt 100ºC en het smeltpunt 0ºC (in het geval van ijs). Dit kan sterk variëren in gevallen waarin de Water waarin andere stoffen zijn opgelost, vloeibaar of vast, zoals zeewater, rijk aan zouten, waardoor de fysische en chemische eigenschappen worden gewijzigd.
De impact van druk is ook erg merkbaar. Het is bekend dat het kookpunt van water bij 1 atm 100 ºC is, maar als we het naar 0.06 atm brengen, zou het ons verbazen te merken dat het kookt bij 0 ºC (in plaats van bevriezen).