Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Forstå kokepunkt
- Beregning av kokepunkt
- advarsler
- Ligninger for beregning av kokepunkt
- Estimering av kokepunkt
- Bestemme kokepunkt ved hjelp av nomografer
- Bruke on-line kalkulatorer
- Bruke grafer og tabeller
"En overvåket gryte koker aldri" kan virke som den ultimate truismen når du lager mat, men under riktige omstendigheter koker potten enda raskere enn forventet. Enten camping eller kjemi, det kan være utfordrende å forutsi kokepunktet.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Bestemmelse av kokepunkt basert på trykk kan oppnås ved å bruke ligninger, estimering, nomografer, online kalkulatorer, tabeller og grafer.
Forstå kokepunkt
Koking skjer når damptrykket til en væske tilsvarer lufttrykket i atmosfæren over væsken. For eksempel koker vann ved 100 ° C ved havoverflaten. Når høyden øker, reduseres mengden av atmosfære over væsken, så væskens koketemperatur synker. Generelt sett, jo lavere atmosfæretrykk, jo lavere er koketemperaturen for en hvilken som helst væske. Foruten atmosfæretrykk, påvirker molekylstrukturen og tiltrekningen mellom molekylene i væsken kokepunktet. Væsker med svake intermolekylære bindinger koker generelt ved lavere temperaturer enn væsker med sterke intermolekylære bindinger.
Beregning av kokepunkt
Beregning av kokepunkt basert på trykk kan gjøres ved bruk av flere forskjellige formler. Disse formlene varierer i kompleksitet og nøyaktighet. Generelt vil enheter i disse beregningene være i metrisk eller System International (SI) -system, noe som resulterer i temperaturer i grader Celsius (oC). Å konvertere til Fahrenheit (oF), bruk konverteringen T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, der T betyr temperatur. Når det gjelder atmosfæretrykk, avbryter trykkaggregatene, så hvilke enheter som brukes, enten mmHg, stenger, psi eller en annen enhet, er mindre viktig enn å være sikker på at alle trykkmålingene er de samme enhetene.
Én formel for beregning av vannets kokepunkt bruker det kjente kokepunktet ved havnivået, 100 ° C, det atmosfæriske trykket ved havoverflaten og det atmosfæriske trykket på tidspunktet og høyden der kokingen finner sted.
Formelen BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0,045 oC / mmHg kan brukes til å finne en ukjent koketemperatur for vann.
I denne formelen betyr BPcorr kokepunkt ved havnivå, BPobs er den ukjente temperaturen, og Pobs betyr atmosfæretrykket på stedet. Verdien 760mmHg er standard atmosfæretrykk i millimeter kvikksølv ved havnivå og 0,045oC / mmHg er den omtrentlige endringen i vanntemperatur med hver millimeter kvikksølvforandring i trykk.
Hvis atmosfæretrykket tilsvarer 600 mmHg og kokepunktet er ukjent ved det trykket, blir ligningen 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760mmHg) x0.045 ° C / mmHg.
Beregning av ligningen gir 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x0.045 ° C / mmHg. Forenklet, 100 ° C = BPobs + 7,2. Enhetene på mmHg avbryter hverandre, og forlater enhetene som grader Celsius. Løst for kokepunktet ved 600 mmHg, blir ligningen: BPobs = 100 ° C-7,2 ° C = 92,8 ° C. Så kokepunktet for vann ved 600 mm Hg, en høyde på omtrent 6400 fot over havet, vil være 92,8 ° C, eller 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.
advarsler
Ligninger for beregning av kokepunkt
Ligningen beskrevet ovenfor bruker et kjent trykk og temperaturforhold med en kjent temperaturendring med trykkendring. Andre metoder for å beregne kokepunkter for væsker basert på atmosfæretrykk, som Clausius – Clapeyron-ligningen, inkluderer tilleggsfaktorer. I Clausius-Clapeyron-ligningen, for eksempel, innlemmer ligningen den naturlige loggen (ln) for starttrykket delt på slutttrykket, den latente varmen (L) til materialet og den universelle gasskonstanten (R). Latent varme relaterer seg til tiltrekningen mellom molekyler, en egenskap til materialet som påvirker fordampningshastigheten. Materialer med høyere latent varme krever mer energi for å koke fordi molekylene har en sterkere attraksjon for hverandre.
Estimering av kokepunkt
Generelt kan en tilnærming til fallet i kokepunktet for vann gjøres basert på høyden. For hver 500 fots økning i høyden, faller kokepunktet for vann omtrent 0,9 ° F.
Bestemme kokepunkt ved hjelp av nomografer
En nomograf kan også brukes til å estimere kokepunktene for væsker. Nomografene bruker tre skalaer for å forutsi kokepunktet. En nomograf viser en temperatur på skalepunktet for kokepunktet, en temperatur på kokepunktet ved trykknivået og en generell trykkskala.
For å bruke nomografen, kobler du to kjente verdier ved å bruke en linjal og lese den ukjente verdien på den tredje skalaen. Begynn med en av de kjente verdiene. Hvis for eksempel kokepunktet ved havnivået er kjent og det barometriske trykket er kjent, kobler du disse to punktene med en linjal. Å utvide linjen fra de to tilkoblede kjente viser hva temperaturen på kokepunktet ved den høyden skal være. Motsatt, hvis kokepunktstemperaturen er kjent og kokepunktet ved havoverflaten er kjent, bruk en linjal for å koble de to prikkene, og utvide linjen for å finne det barometriske trykket.
Bruke on-line kalkulatorer
Flere online kalkulatorer gir kokepunkttemperaturer i forskjellige høyder. Mange av disse kalkulatorene viser bare forholdet mellom atmosfæretrykk og vannets kokepunkt, men andre viser flere vanlige forbindelser.
Bruke grafer og tabeller
Grafer og tabeller over kokepunkter for mange væsker er blitt utviklet. Når det gjelder tabellene, vises væskens kokepunkt for forskjellige atmosfæretrykk. I noen tilfeller viser tabellen bare en væske og kokepunktet ved forskjellige trykk. I andre tilfeller kan det vises flere væsker med forskjellige trykk.
Grafer viser kokepunktskurver basert på temperatur og barometrisk trykk. Grafene, i likhet med nomografen, bruker kjente verdier for å lage en kurve eller, som med Clausius-Clapeyron-ligningen, bruker du den naturlige loggen for trykket for å utvikle en rett linje. Den grafiske linjen viser de kjente forholdene mellom kokepunkt, gitt et sett med trykk og temperaturverdier. Når du kjenner en verdi, følg verdilinjen til den grafiske trykk-temperaturlinjen, og vri deretter til den andre aksen for å bestemme den ukjente verdien.