沸点是什么?关于沸点的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:29:25

沸点物质的温度是指液体的蒸气压等于液体周围的压力液体变成蒸汽。

液体的沸点根据周围的环境压力而变化。部分真空下的液体比处于大气压下的液体具有更低的沸点。高压下的液体比大气压下的液体具有更高的沸点。例如,水在沸腾100 degrees Celsius (212 degrees Fahrenheit)在海平面上,但是在93.4 degrees Celsius (200.1 degrees Fahrenheit)在1,905 metres (6,250 feet) 海拔高度。对于给定的压力,不同的液体将在不同的温度下沸腾。

标准沸点(也称为大气沸点或者大气压沸点)是一种特殊情况,其中液体的蒸汽压等于海平面上规定的大气压力,1大气。在该温度下,液体的蒸汽压变得足以克服大气压力,并允许蒸汽气泡在大部分液体内部形成。这标准沸点自1982年以来, IUPAC 将其定义为在1 巴的压力下发生沸腾的温度。

汽化热是转换给定量(摩尔、千克、磅等)所需的能量。)在给定的压力(通常是大气压)下从液体变成气体。

在低于沸点的温度下,液体可以通过蒸发的过程变成蒸气。蒸发是一种表面现象,在这种现象中,位于液体边缘附近的分子,如果没有被该侧足够的液体压力所包含,就会以蒸气的形式逃逸到周围环境中。另一方面,沸腾是液体中任何地方的分子逃逸的过程,导致液体中形成气泡。

饱和温度和压力

通过使用真空泵来演示水在较低压力下的较低沸点。

A饱和液包含尽可能多的热能而不沸腾(或者相反地饱和蒸汽包含尽可能少的热能而不冷凝)。

饱和温度方法沸点。饱和温度是相应的饱和压力的温度,液体在这个温度沸腾汽相。这种液体可以说是饱和的热能。热能的任何增加都会导致相变。

如果系统中的压力保持恒定(等压),随着热能(热量)的去除,饱和温度的蒸汽将开始冷凝成液相。类似地,当施加额外的热能时,处于饱和温度和压力下的液体将沸腾成气相。

沸点对应于液体的蒸汽压等于周围环境压力的温度。因此,沸点取决于压力。沸点可以根据美国 NIST 发表 标准压力为101.325 千帕(或1 大气压),或者 IUPAC 标准压力为100.000千帕。在海拔较高的地方,大气压力低得多,沸点也较低。沸点随着压力的增加而增加,直到临界点,其中气体和液体的性质变得相同。沸点不能超过临界点。同样,沸点随着压力的降低而降低,直到达到三相点。沸点不能降低到三相点以下。

如果某一温度下液体的汽化热和蒸气压是已知的,沸点可以通过使用克劳修斯-克拉伯龙方程来计算,因此:

其中:

是目标压力下的沸点,

是理想的理想气体常数,

是液体在目标压力下的蒸气压,

是一些压力 已知(通常数据在1atm或100千帕),

是液体的汽化热,

是沸腾的温度,

是对数。

饱和压力是液体沸腾成气相时相应饱和温度的压力。饱和压力和饱和温度有着直接的关系:随着饱和压力的崛起,饱和温度也是如此。

如果系统中的温度保持恒定(一个等温系统),饱和压力的蒸汽和温度将开始凝结随着系统压力的增加进入液相。类似地,处于饱和压力和温度的液体将倾向于闪光当系统压力降低时进入气相。

有两个关于水的标准沸点:The标准沸点存在99.97 degrees Celsius (211.9 degrees Fahrenheit)压力为1大气压(即101.325千帕)。国际纯粹与应用化学联合会建议水的标准沸点在100千帕(1巴)的标准压力下存在99.61 degrees Celsius (211.3 degrees Fahrenheit)。相比之下,在珠穆朗玛峰的顶端8,848m (29,029ft)海拔,压力大约是34kPa (255Torr)水的沸点是71 degrees Celsius (160 degrees Fahrenheit)。 直到1954年,摄氏温度等级由两点定义:0c由水冰点和100定义c由标准大气压下的水沸点定义。

标准沸点和液体蒸汽压之间的关系

各种液体的对数蒸气压图

给定温度下液体的蒸汽压越高,液体的标准沸点(即大气压下的沸点)越低。

右边的蒸汽压图显示了各种液体的蒸汽压与温度的关系。从图表中可以看出,蒸汽压最高的液体具有最低的正常沸点。

例如,在任何给定的温度下,氯甲烷具有图表中任何液体的最高蒸汽压。它也有最低的标准沸点(24.2c),即氯甲烷的蒸汽压曲线(蓝线)与绝对蒸汽压的一个大气压( atm )的水平压力线相交的地方。

液体的临界点是它实际沸腾的最高温度(和压力)。

另请参见水蒸气压力。

元素的属性

沸点最低的元素是氦。在标准压力下,铼和钨的沸点均超过5000 钾;因为很难精确地测量极端温度而没有偏差,文献中两者都被引用为具有较高的沸点。

沸点作为纯化合物的参考性质

从任何给定的纯化合物的蒸气压对温度的对数的上图中可以看出,其标准沸点值可以作为该化合物总的挥发性的指示。给定的纯化合物只有一个标准沸点(如果有的话),化合物的标准沸点和熔点可以作为该化合物的特征物理性质,列于参考书中。化合物的标准沸点越高,该化合物的整体挥发性就越小,相反,化合物的标准沸点越低,该化合物的整体挥发性就越大。一些化合物在到达标准沸点之前会在更高的温度下分解,有时甚至会达到熔点。对于稳定的化合物,沸点范围从其三相点到其临界点,取决于外部压力。超过它的三相点,一个化合物的标准沸点,如果有的话,高于它的熔点。超过临界点后,化合物的液相和气相合并成一相,这可以称为过热气体。在任何给定的温度下,如果化合物的标准沸点较低,那么该化合物通常在大气外部压力下以气体形式存在。如果化合物的标准沸点值更高,那么在大气外部压力下,该化合物在给定温度下可以以液体或固体的形式存在,并且如果包含其蒸汽,则该化合物将与其蒸汽(如果挥发性的)平衡存在。如果一种化合物的蒸汽不被包含,那么一些挥发性化合物最终会蒸发掉,尽管它们的沸点更高。

烷烃、烯烃、醚、卤代烷烃、醛、酮、醇和羧酸的沸点与摩尔质量的函数关系

通常,具有离子键的化合物具有高的正常沸点,如果它们在达到如此高的温度之前不分解的话。许多金属具有高沸点,但不是全部。非常一般地——在其他因素相同的情况下——在共价键合有分子的化合物中,随着分子尺寸(或分子量)的增加,标准沸点增加。当分子尺寸变成大分子、聚合物或非常大时,化合物通常在达到沸点之前在高温下分解。影响化合物标准沸点的另一个因素是其分子的极性。随着化合物分子极性的增加,其标准沸点值也增加,其他因素相同。紧密相关的是分子形成氢键的能力(在液态),这使得分子更难离开液态,从而增加化合物的标准沸点。简单的羧酸通过在分子间形成氢键而二聚化。影响沸点的一个次要因素是分子的形状。与表面积更大的等效分子相比,使分子形状更紧凑往往会略微降低标准沸点。

丁烷异构体沸点的比较
普通名词 n- 丁烷 异丁烷
IUPAC名称 丁烷 2-甲基丙烷
分子的

形式

Isobutane-3D-balls.png
沸腾的

点(C)

0.5 11.7
戊烷异构体沸点的比较
普通名词 n- 戊烷 异戊烷 新戊烷
IUPAC名称 戊烷 2-甲基丁烷 2,2-二甲基丙烷
分子的

形式

Pentane-3D-balls.png Isopentane-3D-balls.png Neopentane-3D-balls.png
沸腾的

点(C)

36.0 27.7 9.5

大多数挥发性化合物(接近环境温度的任何地方)都经历中间液相,同时从固相升温,最终转化为气相。与沸腾相比,升华是一种固体直接转变为蒸汽的物理转变,这发生在一些特定的情况下,例如在大气压下的二氧化碳。对于这样的化合物,升华点是固体直接转变为蒸气时具有等于外部压力的蒸气压的温度。

杂质和混合物

在前一节中,讨论了纯化合物的沸点。物质的蒸气压和沸点会受到溶解杂质的影响(溶质)或其它可混溶的化合物,影响程度取决于杂质或其它化合物的浓度。非挥发性杂质的存在盐或a的化合物挥发性远低于主要成分的化合物会降低其摩尔分数和解决方案波动性,从而提高了标准沸点与集中溶质。这种效应被称为沸点升高。作为一个常见的例子,盐水的沸点比纯水高。

在可混溶化合物(组分)的其他混合物中,可能有两种或多种挥发性不同的组分,每种组分在任何给定压力下都有自己的纯组分沸点。混合物中其他挥发性组分的存在会影响蒸气压,从而影响混合物中所有组分的沸点和露点。露点是蒸气冷凝成液体的温度。此外,在任何给定的温度下,在大多数情况下,蒸汽的组成不同于液体的组成。为了说明混合物中挥发性成分之间的这些影响沸腾的极点图是常用的。蒸馏是沸腾和[冷凝的过程,它利用了液相和气相组成的这些差异。