נקודת רתיחה: מושג, חישוב ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

נקודת הרתיחה היא הטמפרטורה שבה לחץ האדים של הנוזל שווה ללחץ האטמוספרי בחדר או בתא. הנוזל הופך לאדים. בשלב זה מופיעות בועות העולות לכיוון פני הנוזל ונמלטות לאוויר.

לעומת זאת, נקודת הרתיחה הרגילה או הסטנדרטית היא הטמפרטורה בה נוזל רותח בגובה פני הים; כלומר באטמוספירת לחץ אחת (101.325 kPa). בינתיים, IUPAC (1982) מגדיר את נקודת הרתיחה כטמפרטורה בה נוזל רותח בלחץ של 100,000 kPa.

כל הנוזלים יתחילו לרתוח כאשר לחץ האדים שלהם שווה ללחץ החיצוני. מקור: Ervins Strauhmanis דרך Flickr (https://www.flickr.com/photos/ervins_strauhmanis/18775075796)

נקודת הרתיחה הרגילה של מים היא 99.97ºC. אבל, בשיא הר אוורסט, בגובה מעל 8,848 מ 'מעל פני הים ולחץ אטמוספרי של 34 ק"פ, הוא 71 מעלות צלזיוס. נקודת הרתיחה המומלצת של IUPAC היא 99.61ºC בלחץ של 100.00 ק"פ (1 בר).

מהאמור לעיל עולה כי הלחץ האטמוספרי הוא גורם מכריע בערך נקודת הרתיחה, שכן הוא הלחץ שאליו נוזל צריך להגיע לרתיחה. ככל שנחשף נוזל גבוה יותר ללחץ האטמוספרי, נקודת הרתיחה שלו גבוהה יותר. ההפך הוא הנכון.

כיצד לחשב את נקודת הרתיחה?

אם ניקח מים כדוגמה, דרך פשוטה לחשב את ערך נקודת הרתיחה היא באמצעות אחת מתכונותיה הקולטיטיביות; כלומר הגידול בנקודת הרתיחה שלו בגלל נוכחותם של מומסים בתמיסה המימית.

נקודת הרתיחה של מים עולה עם תוספת של מומסים, עקב האינטראקציה בין מולקולות המים למולקולות המומס.

העלייה בנקודת הרתיחה של מים ניתנת על ידי הביטוי המתמטי הבא:

ΔT _e = K _e m

ΔT _e = וריאציה של נקודת רתיחה

K _e = רותח קבוע

צעד ראשון

חישוב שומות NaCl:

שומות של NaCl = 30 גרם / (58.5 גרם / מולקולה)

= 0.513 שומות

צעד שני

חישוב המולליות של הפתרון:

0.513 ש"ח של NaCl מומסים ב -300 גרם מים. כדי להשיג את המולליות של התמיסה, מוליכות השומות של NaCl ל- 1,000 גרם (ק"ג).

שומות של מומסים / ק"ג מים (מולליות) = (0.513 ש"ח / 300 גרם מים) · (1000 גרם מים / ק"ג מים)

= 1.71 ש"ח / ק"ג מים

צעד שלישי

חישוב עליית נקודת הרתיחה עקב תוספת NaCl:

ΔT _e = mK _e

ΔT _e = 1.71 (מול / ק"ג מים) · 0.52 ºC · (ק"ג מים / מול)

= 0.889 מעלות צלזיוס

שלב רביעי

חישוב נקודת הרתיחה של תמיסת NaCl:

T _e NaCl = T _e H ₂ O + ΔTe

= 100 ºC + 0.889 ºC

= 100.889 מעלות צלזיוס

דוגמאות לנקודות רתיחה

מים

נקודת הרתיחה הרגילה של מים היא 99.97ºC. ערך זה גבוה יחסית בהתחשב בגודל הקטן של המולקולה שלו. עם זאת, זה מוסבר על ידי הקוטביות הלא שגרתית שלו ויכולתו ליצור קשרים מימן עם מולקולות שכנות או קשורות.

לאטום החמצן יש זיקה גבוהה יותר לאלקטרונים מאשר אטום המימן. לפיכך האלקטרונים של הקשר הקוולינטי של OH נעים לכיוון חמצן, ומשאירים אותו טעון שלילי; ואילו אטום המימן, טעון חיובי.

כתוצאה מכך, מולקולות מים הן דיפולות שיכולות ליצור אינטראקציה עם מולקולות מים אחרות, ומהוות כוח בין-מולקולרי התורם לעלייה בנקודת הרתיחה. בנוסף, מים משתמשים באטום החמצן ליצירת קשרי מימן עם מולקולות מים אחרות (H ₂ O-HOH).

כּוֹהֶל

באלכוהול יש קבוצות OH במבנה שלהם. קבוצות אלה הן קוטביות, מה שמייצר את האינטראקציה הדיפול-דיפול בין מולקולות דומות. אלכוהולים יכולים גם ליצור קשרי מימן. שתי האינטראקציות הללו מייצגות את התרומות העיקריות לכוחות הבין-מולקולריים.

כוחות אלה מסבירים מדוע נקודות הרתיחה של אלכוהולים גבוהים מהפחמימנים המקבילים. הגורמים העיקריים שקובעים את נקודות הרתיחה באלכוהולים הם המסה המולקולרית ומבנהו.

נקודת הרתיחה עולה עם הגדלת מספר אטומי הפחמן ויורדת עם הסתעפות. לדוגמה: לאתנול יש נקודת רתיחה של 78.37 מעלות צלזיוס, אך למתנול נקודת רתיחה של 66 מעלות צלזיוס, ואל איזופרופיל אלכוהול יש נקודת רתיחה של 80.3ºC.

שמנים

שמנים מתפרקים על ידי חימום לפני שהם מגיעים לרתיחה או לנקודת רתיחה, ולכן הערכות של נקודות הרתיחה שלהם הן נדירות ולא מדויקות. נקודת הרתיחה המשוערת לשמן פולי סויה היא 300 מעלות צלזיוס.

במקום נקודות רתיחה, מדווחים על נקודות העשן או הכוויה שלו. אלה מושגים על ידי חימום שמן לטמפרטורה מסוימת, בה מופיע עשן כחלחל, מה שמעיד על תחילת פירוק השמן.

להלן דוגמאות לנקודת העשן של כמה שמנים: שמן שקדים 221ºC; שמן קנולה 220 מעלות צלזיוס; שמן קוקוס 232 מעלות צלזיוס; ושמן זית (בתולי) 210 מעלות צלזיוס.

זהב

זהב הוא מתכת יקרה בצפיפות של 19.32 גרם / ס"מ ³ . יש לו נקודת רתיחה גבוהה, בגלל נוכחות הקשר המתכתי. עם זאת, ישנם פערים בין הערכים שדווחו לנקודת הרתיחה שלה, המשקפים אולי הבדלים במידת הטוהר של דגימות הזהב שנבדקו למחקר.

חלב

חלב הוא תמיסה מימית המציגה מומסים בעלי אופי והרכב שונים; מלחים, סוכרים, חלבונים, ליפידים, חומצות אמינו וכו '. נקודת הרתיחה של חלב מעט גבוהה יותר מזו של מים, בגלל הדמיון של תרכובות אלה עם מים, מה שמקשה על אידויו.

סוכר

לגלוקוזה יש נקודת התכה של 146 מעלות צלזיוס, אשר חופפות עם נקודת הפירוק של הגלוקוזה. לכן אינך יכול להשיג את נקודת הרתיחה שלו. אותו מצב מתרחש עם סוכרוז, סוכר שולחן, שיש לו נקודת התכה של 186 מעלות צלזיוס ונקודת פירוק של 186 מעלות צלזיוס.

נקודת ההתכה היא הטמפרטורה בה אלמנט או תרכובת כימית עוברים ממצב מוצק למצב נוזלי. לכן, כאשר הסוכר מתפרק, אין נוזל יציב לקביעת נקודת הרתיחה שלו.

בַּרזֶל

נקודת הרתיחה של הברזל היא 2,861 מעלות צלזיוס. ערך גבוה זה מוסבר בכמות האנרגיה הגדולה הנדרשת בכדי להתגבר על הכוח האטרקטיבי בין אטומי המתכת. יתרה מזאת, יש להתגבר על כוחות אלקטרוסטטיים רבים בגלל המבנה הדומה לאינטרנט.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. ויקיפדיה. (2020). נקודת רתיחה. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (11 בפברואר 2020). הגדרת נקודת הרתיחה בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
4. Cedrón J.; Landa V. & Robles J. (2011). כוחות בין מולקולריים. כימיה כללית. התאושש מ: corinto.pucp.edu.pe
5. סמואל בלכר. (sf). זהב. התאושש מ: chemistry.pomona.edu
6. דון אולין. (17 בדצמבר 2010). מה נקודת הרתיחה לממתקים? התאושש מ: indianapublicmedia.org
7. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (11 בפברואר 2020). מהי נקודת הרתיחה של חלב? התאושש מ: thoughtco.com