درجة الغليان ودرجة الحرارة: العلاقة الحرجة والتشبع ودرجة حرارة التقطير


في هذه المقالة ، سوف نفكر في العلاقة بين درجة الغليان ودرجة الحرارة مع إلقاء نظرة ثاقبة على الظروف المختلفة.

تمامًا مثل نقطة الانصهار ، فإن نقطة غليان السائل هي درجة حرارة يكتسبها السائل بسبب استخدام الطاقة الحرارية التي يتم توفيرها للسائل لتحويل مرحلته من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

علاقة درجة الغليان ودرجة الحرارة

العلاقة بين درجة الغليان ودرجة حرارة السائل تعطى بواسطة معادلة كلاوزيوس - كلابيرون:-

اين2 هي درجة حرارة يبدأ عندها السائل بالغليان

T1 هي نقطة غليان السائل

R ثابت غاز مثالي يساوي 8.314 جول / مول كلفن

P هو ضغط بخار السائل

P0 هو ضغط يقابل T2

ΔHفب هي حرارة تبخر سائل

تمثل معادلة Clausius - Clapeyron العلاقة بين درجة الحرارة وظروف الضغط على طول خط توازن الطور.

يمكننا كتابة معادلة نقطة الغليان من المعادلة أعلاه على النحو التالي

T1= 1 / ت2-R ln P / P0 ΔHفب -1

وفقًا لذلك ، تعتمد درجة غليان السائل بشكل مباشر على درجة حرارة السائل.

حرارة التبخير هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لتزويدها بحجم وحدة من السائل لتحويلها إلى بخار مع الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة.

قراءة المزيد عن 15+ مثال على الطاقة المشعة للطاقة الحرارية: تفسيرات مفصلة.

مثال: احسب درجة غليان خليط الملح مع الماء المحفوظ عند الضغط الجوي. درجة غليان الخليط هي 110 درجة مئوية وضغط البخار 4.24 ضغط جوي. حرارة التبخر 3420 جول / جم.

معطى: تي = 1100 C

R = 8.314 جول / مول ك

P = 4.24 أجهزة الصراف الآلي

P0 = 1 أجهزة الصراف الآلي

ΔHفب= 3420 جول / جرام

يوفر نقطة الغليان السائل من العلاقة

TB= 1 / T - R ln P / P.0 ΔHفب-1

اينB هي نقطة غليان المحلول.

إدخال جميع القيم في المعادلة أعلاه ، لدينا ،

TB= 1/110 - 8.314 ln 4.24 / 1 3420 -1

=1/110-8.314*1.445 * 3420-1

= 9.09-3.51 * 10-3-1

= (5.58 * 10-3 )-1

= 103 * 5.58

= 179.21 ج

هذا هو غليان خليط الملح والماء.

يوفر تعتمد نقطة الغليان على درجة الحرارة والضغط وحرارة تبخر السائل. في الارتفاعات العالية ، يكون الوقت اللازم لغلي الماء أقل من الوقت المعتاد لغلي الماء ، وذلك لأن الضغط في منطقة الجبل المرتفع يكون أكبر ، وبالتالي يغلي الماء عند درجة حرارة منخفضة.

قراءة المزيد عن 20 + أمثلة على التبخر في الحياة اليومية مع تفسيرات ، أسئلة وأجوبة.

درجة الغليان ودرجة الحرارة الحرجة

مع زيادة الطاقة الحرارية التي يتم توفيرها للسائل ، ترتفع درجة حرارة السائل. هذه الطاقة الحرارية مطلوبة لكي تتفكك الروابط التساهمية بين الذرات والتي تعتبر ضرورية لتحويل طور السائل إلى غازي.

عند نقطة معينة ، فإن درجة الحرارة التي يكتسبها السائل كافية لتغيير مرحلته تسمى درجة الحرارة الحرجة. خلال هذا الوقت ، لا ترتفع درجة حرارة السائل أكثر ويتم إطلاق الطاقة الحرارية مع البخار المتولد عند غليان السائل.

تختلف درجة الغليان ودرجة الحرارة الحرجة لجميع السوائل. هذا يرجع إلى حقيقة أن مكونات العنصر وبالتالي الطاقة المطلوبة لتكوين الروابط بين الذرات تختلف ، وبالتالي فإن مقدار التباين من الطاقة مطلوب لكسر الروابط بين المكونات الكيميائية المختلفة.

نقطة الغليان ودرجة الحرارة
غليان الحليب
الصورة الائتمان: Pixabay

مثال بسيط يمكنني تقديمه هو غلي الحليب وإضافة القليل من الماء إليه. عندما تصل درجة الحرارة إلى 1000 C ، سيبدأ الماء الموجود في حاوية الحليب في التبخر تاركًا الحليب ، وبعد فترة سيبدأ الحليب في الغليان.

قراءة المزيد عن 25+ أمثلة على احتكاك السوائل: الرؤى والأسئلة الشائعة الهامة.

نقطة الغليان ودرجة حرارة التشبع

درجة حرارة التشبع هي درجة حرارة نهائية لا يمكن أن ترتفع درجة حرارة السائل عند تجاوزها. إنها في الواقع نقطة غليان السائل ، وهي درجة حرارة يحدث فيها تغير طور السائل.

بعد الوصول إلى درجة حرارة التشبع ، لا ترتفع درجة حرارة السائل أكثر. وذلك لأن الطاقة الحرارية الخارجية التي يتم توفيرها للسائل تنطلق في عملية تغيير الطور. يتم استيعاب هذه الطاقة من خلال الأبخرة المتكونة وتبخر إلى أعلى.

تعلم أن الماء يبدأ بالغليان عند 100 درجة مئوية ، ويمكن أن يرفع درجة الحرارة إلى 100.52 درجة مئوية. هذا الارتفاع في درجة غليان الماء هو درجة حرارة تشبع يمكن للماء أن يغلي حتى يغلي. وبالمثل ، فإن درجة الحرارة الأولية التي يغلي عندها البنزين هي 35 درجة مئوية أو 95 درجة مئوية0 F ودرجة حرارة الغليان النهائية 2000C أو 3950F.

نقطة غليان الماء
الصورة الائتمان: Pixabay

بعيدًا عن درجة حرارة التشبع ، لن ترى زيادة أخرى في درجة حرارة غليان السائل ، حيث سيتم توفير الطاقة الحرارية لجزيئات السائل التي ستأخذ هذه الطاقة الإضافية وستستخدم للهروب من السائل في الشكل من الأبخرة.

قراءة المزيد عن أمثلة على انتقال الحرارة بالإشعاع: حقائق مهمة.

درجة الغليان ودرجة حرارة التقطير

تسمى عملية تحويل السائل إلى شكل بخار ثم إعادة الأبخرة إلى الحالة السائلة عند التكثيف بالتقطير. تسمى درجة الحرارة الثابتة التي يتحول عندها السائل إلى بخار ويعود إلى السائل بدرجة حرارة التقطير.

هذه طريقة تستخدم لفصل السائل عن الخليط أو لإزالة الشوائب من السائل. بما أن الطاقة الحرارية التي يكتسبها السائل كافية ، تصل درجة حرارة السائل إلى نقطة الغليان. من الآن فصاعدًا ، يتولد البخار على شكل أبخرة تتبخر عموديًا إلى أعلى. يتم تجميع هذا البخار المتبخر في الحاوية المحفوظة عند ضغط معين بحيث تتكثف هذه الأبخرة لتتحول إلى الحالة السائلة.

يتم تحويل البخار مرة أخرى إلى الشكل السائل عند نفس درجة الحرارة ؛
الصورة الائتمان: Pixabay

يجب أن تكون قد لاحظت ، البخار المتجمع على غطاء المقلاة أثناء طهي الكاري. يتم إعطاء الماء المضاف إلى الكاري على شكل بخار مرة واحدة تصل درجة الحرارة إلى نقطة الغليان من الماء. ثم يعود البخار المتجمع على الغطاء إلى الحاوية الرئيسية عن طريق تكثيف البخار في الماء مرة أخرى. تستمر هذه العملية حتى تصبح درجة حرارة الكاري عالية بما يكفي لتزويد جزيئات الماء بالطاقة الحرارية للهروب من الكاري.

قراءة المزيد عن كيف تنتقل الحرارة بالإشعاع: شرح وافٍ.

الأسئلة المتكررة

ما تغير درجة غليان 150 مل من الماء عند إضافة 25 جرام من الملح إليها عند درجة حرارة 440C?

افترض أن كثافة الماء عند درجة حرارة 440C - 0.8 جم / مل.

ثابت ارتفاع نقطة الغليان للماء هو

kb= 0.570C

الكتلة الذرية للصوديوم 22.99

الكتلة الذرية للكلور 35.45

ومن ثم فإن الكتلة الذرية لكلوريد الصوديوم هي 22.99 + 35.45 = 58.44

ومن ثم ، فإن مولات الملح المضافة إلى الماء المغلي هي

مولات كلوريد الصوديوم = 25 جم * 1 مول / 58.44 جم

مولات كلوريد الصوديوم = 0.4278 مول

وزن الماء عند درجة حرارة T = 440C هي

الكثافة ϱ = M / V

ومن ثم ، M = ϱV

م = 0.8 \ مرات 150 = 0.12 كجم

مولالية المذاب في المذيب هي

م = مولات المذاب / كتلة المذيب

م = 0.4278 / 0.12 = 3.565 مول / كغ

يتم إعطاء التغير في درجة حرارة نقطة الغليان عند إضافة الملح إلى الماء

Δ T = ikbm

حيث أنا عامل Van't Hoff الذي يتم تعريفه على أنه مقدار تفكك المذاب في المذيب. هنا ، المذاب عبارة عن كلوريد الصوديوم والماء عبارة عن مذيب. ومن ثم ، فإن أيونين من كلوريد الصوديوم سينفصلان في الماء ويذوبان تمامًا في الماء. لذلك ، عامل Van't Hoff هنا هو 2.

Δ T = 2 * 0.51 * 3.565 = 3.630C

ومن ثم ، سترتفع درجة غليان الماء إلى 3.650C.

ستكون درجة غليان الخليط 104.150C.

هل وجود الشوائب في السائل يزيد من درجة غليانه؟

هذه هي الحقيقة بالتأكيد. الشوائب الموجودة في السائل تزيد من درجة حرارة الغليان.

يتم امتصاص الطاقة الحرارية الموفرة للسائل عن طريق الشوائب الموجودة في السائل وبالتالي زيادة درجة الحرارة المطلوبة لغليان السائل.

إذا قمت بإضافة محلول "X" بدرجة حرارة 280 تم الوصول إلى C إلى محلول الغليان "X" عند درجة حرارة 650 ج ، إذن هل ستختلف نقطة غليان المحلول؟

تكون نقطة غليان كل محلول هي نفسها دائمًا ويمكن أن تختلف فقط إذا كان ضغط السائل مختلفًا.

عند إضافة المحلول الذي يحتوي على حرارة منخفضة مقارنة بمحلول الغليان ، سيتم توفير الطاقة الحرارية للمحلول المضاف في الحاوية. ستكون هناك حاجة إلى قدر أكبر من الطاقة الحرارية للوصول إلى نقطة الغليان ، لكن درجة حرارة نقطة الغليان ستبقى كما هي.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات