จุดเดือด

จุดเดือดของสารเป็นอุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันโดยรอบของของเหลว และของเหลวจะเปลี่ยนสถานะเป็นไอ

จุดเดือดของของเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปตามความดันแวดล้อมที่แตกต่างกัน ของเหลวในสุญญากาศบางส่วน เช่น ภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าจะมีจุดเดือดต่ำกว่าตอนที่ของเหลวนั้นอยู่ที่ความดันบรรยากาศ เนื่องจากเหตุนี้ น้ำจะเดือดที่ 100°C (หรือแม่นยำทางวิทยาศาสตร์: 99.97°C) ภายใต้ความดันมาตรฐานที่ระดับน้ำทะเล แต่จะเดือดที่ 93.4°C ที่ความสูง 1905 เมตร

จุดเดือดปกติ (หรือที่เรียกว่าจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ) ของของเหลวคือกรณีพิเศษที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันบรรยากาศที่กำหนดไว้ที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งคือ 1 บรรยากาศ ที่อุณหภูมินั้น ความดันไอของของเหลวจะเพียงพอที่จะเอาชนะแรงดันบรรยากาศและทำให้เกิดฟองไอภายในของเหลว

ความร้อนของการระเหยเป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนปริมาณสารหนึ่ง (เช่น โมล กิโลกรัม ปอนด์ ฯลฯ) จากสถานะของเหลวเป็นสถานะแก๊สภายใต้ความดันที่กำหนด (มักจะเป็นความดันบรรยากาศ)

ของเหลวอาจเปลี่ยนสถานะเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดผ่านกระบวนการระเหย การระเหยเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่ผิวของของเหลว ซึ่งโมเลกุลที่อยู่ใกล้ขอบของเหลวไม่มีความดันของเหลวเพียงพอที่จะกักเก็บไว้ ทำให้สามารถหลุดออกไปในสภาพแวดล้อมรอบข้างในรูปแบบของไอ ในทางตรงกันข้าม การเดือดเป็นกระบวนการที่โมเลกุลในของเหลวสามารถหลุดออกได้ ทำให้เกิดฟองไอภายในของเหลวGeneral Chemistry Glossary Purdue University website page

 อุณหภูมิและความดันอิ่มตัว 

ของเหลวอิ่มตัวหมายถึงของเหลวที่มีพลังงานความร้อนมากที่สุดเท่าที่จะมีได้โดยไม่เกิดการเดือด (หรือในทางตรงกันข้าม ไออิ่มตัวหมายถึงไอที่มีพลังงานความร้อนน้อยที่สุดเท่าที่จะมีได้โดยไม่เกิดการควบแน่น)

อุณหภูมิอิ่มตัว หมายถึง จุดเดือด อุณหภูมิอิ่มตัวคืออุณหภูมิสำหรับความดันอิ่มตัวที่สอดคล้องกัน ซึ่งของเหลวจะเดือดกลายเป็นไอสามารถกล่าวได้ว่าของเหลวนั้นอิ่มตัวด้วยพลังงานความร้อน การเพิ่มพลังงานความร้อนใด ๆ จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะ

หากความดันในระบบคงที่ (กระบวนการอีโซบาริก) ไอที่อุณหภูมิอิ่มตัวจะเริ่มควบแน่นกลายเป็นของเหลวเมื่อมีการกำจัดพลังงานความร้อน (ความร้อน) ในทำนองเดียวกัน ของเหลวที่อุณหภูมิและความดันอิ่มตัวจะเดือดกลายเป็นไอเมื่อมีการเพิ่มพลังงานความร้อนเพิ่มเติม

จุดเดือดสอดคล้องกับอุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันโดยรอบ ดังนั้นจุดเดือดจึงขึ้นอยู่กับความดัน จุดเดือดอาจถูกเผยแพร่โดยอ้างอิงกับNIST, USA ความดันมาตรฐานที่ 101.325 กิโลปาสคาล (หรือ 1 บรรยากาศ) หรือความดันมาตรฐานของสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC)ที่ 100.000 กิโลปาสคาล ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น ซึ่งความดันบรรยากาศต่ำกว่ามาก จุดเดือดจะต่ำลงด้วยเช่นกัน จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้นจนถึงจุดวิกฤต ซึ่งคุณสมบัติของไอและของเหลวจะเหมือนกัน จุดเดือดไม่สามารถเพิ่มขึ้นเกินกว่าจุดวิกฤตได้เช่นกัน ในทำนองเดียวกัน จุดเดือดจะลดลงเมื่อความดันลดลงจนถึงจุดสามสถานะ จุดเดือดไม่สามารถลดลงต่ำกว่าจุดสามสถานะได้

หากทราบความร้อนของการระเหยและความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่ง จุดเดือดสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการคลอเซียส–แคลเปรย์รอน ดังนี้:



โดยที่:
  คือจุดเดือดที่ความดันที่สนใจ,
  คือค่าคงที่แก๊สอุดมคติ,
  คือความดันไอของของเหลว,
  คือความดันบางค่าที่ทราบค่า  ที่สอดคล้องกัน (ปกติข้อมูลนี้จะมีอยู่ที่ 1 atm หรือ 100 kPa),
  คือความร้อนของการระเหยของของเหลว,
  คืออุณหภูมิเดือด,
  คือลอการิทึมธรรมชาติ.

ความดันอิ่มตัว คือความดันสำหรับอุณหภูมิอิ่มตัวที่สอดคล้องกัน ซึ่งของเหลวจะเดือดกลายเป็นไอ ความดันอิ่มตัวและอุณหภูมิอิ่มตัวมีความสัมพันธ์โดยตรง: เมื่อความดันอิ่มตัวเพิ่มขึ้น อุณหภูมิอิ่มตัวก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

หากอุณหภูมิในระบบคงที่ (ระบบอุณหภูมิคงที่) ไอที่ความดันและอุณหภูมิอิ่มตัวจะเริ่มควบแน่นกลายเป็นของเหลวเมื่อความดันระบบเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกัน ของเหลวที่ความดันและอุณหภูมิอิ่มตัวจะมีแนวโน้มที่จะระเหยอย่างรวดเร็วกลายเป็นไอเมื่อความดันระบบลดลง

มีสองแนวทางเกี่ยวกับ จุดเดือดมาตรฐานของน้ำ: จุดเดือดปกติคือ  ที่ความดัน 1 atm (คือ 101.325 kPa) IUPACแนะนำ จุดเดือดมาตรฐานของน้ำที่ความดันมาตรฐาน 100 kPa (1 บาร์)ความดันมาตรฐาน IUPAC กำหนดว่า "ความดันมาตรฐาน" เท่ากับ 105 Pa (ซึ่งเท่ากับ 1 บาร์). คือ .ภาคผนวก 1: ตารางคุณสมบัติและกราฟ (หน่วย SI), เลื่อนไปที่ตาราง A-5 และอ่านค่าของ 99.61 °C ที่ความดัน 100 kPa (1 บาร์). ข้อมูลจากเว็บไซต์ Higher Education ของ McGraw-Hill. เพื่อเปรียบเทียบ ที่ยอด ภูเขาเอเวอเรสต์, ที่ความสูง  ความดันอยู่ที่ประมาณ  และจุดเดือดของน้ำคือ มาตราส่วนอุณหภูมิเซลเซียสถูกกำหนดจนถึงปี 1954 โดยสองจุด: 0 °C ถูกกำหนดโดยจุดเยือกแข็งของน้ำ และ 100 °C ถูกกำหนดโดยจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน

 ความสัมพันธ์ระหว่างจุดเดือดปกติกับความดันไอของของเหลว 


ยิ่งความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิใด ๆ สูงขึ้นเท่าใด จุดเดือดปกติ (คือ จุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ) ของของเหลวจะยิ่งต่ำลง

กราฟความดันไอที่อยู่ทางขวามีกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิสำหรับของเหลวหลากหลายชนิด จากกราฟจะเห็นได้ว่าของเหลวที่มีความดันไอสูงที่สุดจะมีจุดเดือดปกติต่ำที่สุด

ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม เมทิลคลอไรด์มีความดันไอสูงที่สุดในบรรดาของเหลวในกราฟนี้ และมีจุดเดือดปกติที่ต่ำที่สุด (-24.2 °C) ซึ่งเป็นจุดที่กราฟความดันไอของเมทิลคลอไรด์ (เส้นสีน้ำเงิน) ตัดกับเส้นความดันแนวนอนที่หนึ่งบรรยากาศ (atm) ของความดันไอสัมบูรณ์

จุดวิกฤตของของเหลวคืออุณหภูมิ (และความดัน) สูงสุดที่ของเหลวจะเดือดได้

ดูเพิ่มเติมที่ ความดันไอของน้ำ

 จุดเดือดของธาตุเคมี 

ธาตุที่มีจุดเดือดต่ำที่สุดคือ ฮีเลียม ขณะที่จุดเดือดของ เรเนียม และ ทังสเตน เกิน 5000 K ที่ ความดันมาตรฐาน; เนื่องจากการวัดอุณหภูมิที่สูงมากอาจมีความคลาดเคลื่อน, ข้อมูลเกี่ยวกับจุดเดือดที่สูงของทั้งสองธาตุจึงมีการกล่าวถึงในวรรณกรรมว่าเป็นจุดเดือดที่สูงกว่านี้

 จุดเดือดในฐานะคุณสมบัติอ้างอิงของสารประกอบบริสุทธิ์ 

จากกราฟด้านบนของลอการิทึมของความดันไอเทียบกับอุณหภูมิสำหรับสารประกอบเคมีบริสุทธิ์ที่กำหนด จุดเดือดปกติของสารประกอบนั้นสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงความระเหยโดยรวมของสารประกอบนั้น สารประกอบบริสุทธิ์ที่กำหนดจะมีเพียงจุดเดือดปกติหนึ่งจุดเท่านั้น (หากมี) และจุดเดือดปกติและจุดหลอมเหลวของสารประกอบสามารถใช้เป็นคุณสมบัติสมบัติทางกายภาพลักษณะเฉพาะสำหรับสารประกอบนั้น ๆ ซึ่งจะมีการระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง ยิ่งจุดเดือดปกติของสารประกอบสูงเท่าไร สารประกอบนั้นก็จะมีความระเหยน้อยลงเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งจุดเดือดปกติของสารประกอบต่ำลง สารประกอบนั้นก็จะมีความระเหยมากขึ้น สารประกอบบางชนิดจะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงก่อนที่จะถึงจุดเดือดปกติหรือบางครั้งแม้กระทั่งจุดหลอมเหลว สำหรับสารประกอบที่เสถียร จุดเดือดอยู่ในช่วงตั้งแต่จุดสามสถานะไปจนถึงจุดวิกฤต ขึ้นอยู่กับความดันภายนอก จุดเดือดปกติของสารประกอบจะสูงกว่าจุดหลอมเหลว (ถ้ามี) เมื่ออยู่เหนือจุดสามสถานะ หลังจากจุดวิกฤตแล้ว สถานะของเหลวและไอของสารประกอบจะรวมเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งสถานะ ซึ่งอาจเรียกว่าแก๊สร้อนยวดยิ่ง เมื่ออุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม ถ้าจุดเดือดปกติของสารประกอบต่ำกว่า สารประกอบนั้นโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของแก๊สที่ความดันภายนอกบรรยากาศ ถ้าจุดเดือดปกติของสารประกอบสูงกว่า สารประกอบนั้นสามารถอยู่ในรูปของเหลวหรือของแข็งที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตามที่ความดันบรรยากาศภายนอก และจะอยู่ในสมดุลกับไอ (หากมีความระเหย) หากไอถูกเก็บรักษาไว้ หากไอของสารประกอบไม่ได้ถูกเก็บรักษาไว้ สารประกอบบางชนิดที่ระเหยได้ในที่สุดจะระเหยหายไป แม้ว่าจะมีจุดเดือดที่สูงขึ้นก็ตาม


โดยทั่วไป สารประกอบที่มีพันธะไอออนิกจะมีจุดเดือดปกติที่สูง หากไม่สลายตัวก่อนที่จะถึงอุณหภูมิสูงดังกล่าว โลหะหลายชนิดมีจุดเดือดสูง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด โดยทั่วไปแล้วเมื่อปัจจัยอื่น ๆ เท่ากัน ในสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ เมื่อขนาดของโมเลกุล (หรือมวลโมเลกุล) เพิ่มขึ้น จุดเดือดปกติจะเพิ่มขึ้น เมื่อขนาดของโมเลกุลเพิ่มขึ้นจนกลายเป็นมาครโมเลกุล, โพลีเมอร์ หรือมีขนาดใหญ่มาก สารประกอบมักจะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงก่อนที่จะถึงจุดเดือด อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อจุดเดือดปกติของสารประกอบคือขั้วของโมเลกุลของสารประกอบนั้น เมื่อขั้วของโมเลกุลของสารประกอบเพิ่มขึ้น จุดเดือดปกติก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันเมื่อปัจจัยอื่น ๆ เท่ากัน สิ่งที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดคือความสามารถของโมเลกุลในการสร้างพันธะไฮโดรเจน (ในสถานะของเหลว) ซึ่งทำให้โมเลกุลยากที่จะออกจากสถานะของเหลว และทำให้จุดเดือดปกติของสารประกอบสูงขึ้น กรดคาร์บอกซิลิกชนิดง่าย ๆ จะเกิดการรวมตัวกันเป็นคู่ผ่านการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล ปัจจัยเล็กน้อยที่ส่งผลต่อจุดเดือดคือรูปร่างของโมเลกุล การทำให้รูปร่างของโมเลกุลมีความกะทัดรัดมากขึ้นจะทำให้จุดเดือดปกติลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโมเลกุลที่มีพื้นผิวสัมผัสมากกว่า

+ การเปรียบเทียบจุดเดือดของบิวเทนไอโซเมอร์ () ชื่อทั่วไป n-บิวเทน ไอโซบิวเทน ชื่อแบบ IUPAC บิวเทน 2-เมทิลโพรเพน รูปโมเลกุล 140px 120px จุดเดือด (°C) -0.5 -11.7

+ การเปรียบเทียบจุดเดือดของเพนเทนไอโซเมอร์ ชื่อทั่วไป n-เพนเทน ไอโซเพนเทน นีโอเพนเทน ชื่อแบบ IUPAC เพนเทน 2-เมทิลบิวเทน 2, 2-ไดเมทิลโพรเพน รูปโมเลกุล 160px 140px 120px จุดเดือด (°C) 36.0 27.7 9.5


สารประกอบที่ระเหยได้มากที่สุด (ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อม) มักจะผ่านสถานะของเหลวระหว่างการอุ่นจากสถานะของแข็งเพื่อเปลี่ยนเป็นไอ ในการเปรียบเทียบกับการเดือดการระเหิดเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่สถานะของแข็งเปลี่ยนเป็นไอโดยตรง ซึ่งเกิดขึ้นในบางกรณี เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ที่ความดันบรรยากาศ สำหรับสารประกอบดังกล่าวจุดระเหิดคืออุณหภูมิที่สถานะของแข็งเปลี่ยนเป็นไอโดยตรงมีความดันไอเท่ากับความดันภายนอก

 สิ่งเจือปนและสารผสม 
ในส่วนก่อนหน้านี้ ได้ครอบคลุมจุดเดือดของสารประกอบบริสุทธิ์ ความดันไอและจุดเดือดของสารสามารถได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ละลายอยู่ (สารละลาย) หรือสารอื่น ๆ ที่ผสมเข้ากันได้ ระดับของผลกระทบขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสิ่งเจือปนหรือสารอื่น ๆ การมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ไม่ระเหย เช่น เกลือ หรือสารประกอบที่มีความระเหยต่ำกว่าสารประกอบหลักมาก จะทำให้เศษส่วนโมลและสารละลายมีความระเหยน้อยลง และทำให้จุดเดือดปกติเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของความเข้มข้นของสารละลายที่มีสิ่งเจือปน ผลกระทบนี้เรียกว่า การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด ตัวอย่างทั่วไปเช่น น้ำเกลือ ที่มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำบริสุทธิ์

ในสารผสมอื่น ๆ ของสารที่สามารถผสมกันได้ (ส่วนประกอบ) อาจมีสองส่วนประกอบหรือมากกว่านั้นที่มีความระเหยต่างกัน โดยแต่ละส่วนประกอบจะมีจุดเดือดของสารบริสุทธิ์ของตัวเองที่ความดันใด ๆ ก็ตาม การมีอยู่ของส่วนประกอบที่ระเหยได้อื่น ๆ ในสารผสมมีผลกระทบต่อความดันไอ และดังนั้นจึงส่งผลต่อจุดเดือดและจุดน้ำค้างของส่วนประกอบทั้งหมดในสารผสม จุดน้ำค้างคืออุณหภูมิที่ไอควบแน่นเป็นของเหลว นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม องค์ประกอบของไอมักจะแตกต่างจากองค์ประกอบของของเหลวในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อแสดงผลกระทบเหล่านี้ระหว่างส่วนประกอบที่ระเหยได้ในสารผสม โดยทั่วไปจะใช้ ไดอะแกรมจุดเดือด การกลั่น เป็นกระบวนการของการเดือดและ [โดยปกติแล้ว] การควบแน่น ซึ่งใช้ประโยชน์จากความแตกต่างขององค์ประกอบระหว่างเฟสของเหลวและไอ

 ตาราง 

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 


หมวดหมู่:ก๊าซ
หมวดหมู่:ปริมาณทางอุตุนิยมวิทยา
หมวดหมู่:อุณหภูมิ
หมวดหมู่:อุณหภูมิขีดจำกัด