Punto de ebullición, Temperatura y presión de saturación, Relación entre el punto de ebullición normal y la presión de vapor de los líquidos, Propiedades de los elementos, Punto de ebullición como una propiedad de referencia de un compuesto puro, Las impurezas y mezclas

El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión que rodea el líquido y los cambios del líquido en un vapor.

Un líquido en el vacío tiene un punto de ebullición más bajo que cuando que el líquido está a presión atmosférica. Un líquido a alta presión tiene un punto de ebullición más alto que cuando que el líquido está a presión atmosférica. En otras palabras, el punto de ebullición de un líquido varía dependiendo de la presión del medio ambiente circundante. Para una presión dada, diferentes líquidos hierven a diferentes temperaturas.

El punto de ebullición normal de un líquido es el caso especial en el que la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica a nivel del mar definido, 1 atmósfera. A esa temperatura, la presión de vapor del líquido se vuelve suficiente para superar la presión atmosférica y permitir que las burbujas de vapor se forman dentro de la masa del líquido. El punto de ebullición normal se define ahora por la IUPAC como la temperatura a la que se produce ebullición bajo una presión de 1 bar.

El calor de vaporización es la energía necesaria para transformar una cantidad determinada de una sustancia a partir de un líquido en un gas a una presión dada.

Los líquidos pueden cambiar a un vapor a temperaturas por debajo de sus puntos de ebullición a través del proceso de evaporación. La evaporación es un fenómeno de superficie en la que las moléculas situadas cerca del borde del líquido, no contenían lo suficiente la presión del líquido en ese lado, escapa en los alrededores como el vapor. Por otro lado, la ebullición es un proceso en el cual las moléculas en cualquier lugar en el escape de líquido, lo que resulta en la formación de burbujas de vapor dentro del líquido.

Temperatura y presión de saturación

Un líquido saturado contiene tanta energía térmica como pueda sin que hierva.

Temperatura de saturación significa punto de ebullición. La temperatura de saturación es la temperatura para una presión de saturación correspondiente a la cual un líquido hierve en su fase de vapor. El líquido se puede decir que estar saturado con energía térmica. Cualquier adición de los resultados de energía térmica en una transición de fase.

Si la presión en un sistema permanece constante, un vapor a la temperatura de saturación comenzará a condensarse en su fase líquida como energía térmica se retira. Del mismo modo, un líquido a temperatura y presión de saturación hervirá en su fase de vapor como se aplica energía térmica adicional.

El punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio ambiente circundante. Por lo tanto, el punto de ebullición depende de la presión. Por lo general, los puntos de ebullición son publicados con respecto a la presión atmosférica. En las elevaciones más altas, donde la presión atmosférica es mucho más bajo, el punto de ebullición también es menor. El punto de ebullición aumenta con el aumento de la presión hasta el punto crítico, donde las propiedades de gas y líquido se vuelven idénticos. El punto de ebullición no se puede aumentar más allá del punto crítico. Del mismo modo, el punto de ebullición disminuye con la disminución de la presión hasta que se alcanza el punto triple. El punto de ebullición no puede reducirse por debajo del punto triple.

Si se conoce el calor de vaporización y la presión de vapor de un líquido a una cierta temperatura, el punto de ebullición normal se puede calcular mediante el uso de la ecuación de Clausius-Clapeyron por lo tanto:

La presión es la presión de saturación para una temperatura de saturación correspondiente a la cual un líquido hierve en su fase de vapor. La presión de saturación y la temperatura de saturación tienen una relación directa: a medida que aumenta la presión de saturación también lo es la temperatura de saturación.

Si la temperatura en un sistema permanece constante, vapor a presión de saturación y la temperatura comenzará a condensarse en su fase líquida a medida que aumenta la presión del sistema. Del mismo modo, un líquido a presión de saturación y la temperatura tenderá a parpadear en su fase de vapor a medida que disminuye la presión del sistema.

El punto de ebullición del agua es 100 ° C a la presión normal. En la cima del Monte Everest, a 8.848 m de altitud, la presión es de aproximadamente 252 Torr y el punto de ebullición del agua es de 71 C. El punto de ebullición disminuye 1 C cada 285 m de altitud, o 1 F cada 500 pies

Hay dos convenciones con respecto a la del punto de ebullición estándar de agua: El punto de ebullición normal es de 99,97 grados Celsius a una presión de 1 atm. Hasta 1982 este fue también el punto de ebullición normal del agua, pero la IUPAC recomienda ahora una presión estándar de 1 bar. A esta presión ligeramente reducida, el punto de ebullición normal del agua es de 99,61 grados Celsius.

Relación entre el punto de ebullición normal y la presión de vapor de los líquidos

Cuanto mayor sea la presión de vapor de un líquido a una temperatura dada, cuanto menor sea el punto de ebullición normal del líquido.

El gráfico de la presión de vapor a la derecha tiene las gráficas de las presiones de vapor frente a temperaturas para una variedad de líquidos. Como puede verse en el gráfico, los líquidos con las presiones de vapor más altas tienen los puntos de ebullición normales más bajos.

Por ejemplo, a cualquier temperatura dada, cloruro de metilo tiene la presión de vapor más alta de cualquiera de los líquidos en el gráfico. También tiene el punto de ebullición normal más bajo, que es donde la curva de presión de vapor del cloruro de metilo se cruza con la línea horizontal de la presión de una atmósfera de presión de vapor absoluta.

Propiedades de los elementos

 Información adicional: Lista de elementos por el punto de ebullición

El elemento con el punto de ebullición más bajo es el helio. Tanto los puntos de ebullición de renio y tungsteno exceden 5.000 K a presión normal, porque es difícil de medir con precisión las temperaturas extremas sin sesgo, tanto han sido citados en la literatura como que tiene el punto de ebullición más alto.

Punto de ebullición como una propiedad de referencia de un compuesto puro

Como puede verse a partir de la figura de arriba del logaritmo de la presión de vapor frente a la temperatura para cualquier compuesto químico puro dado, su punto de ebullición normal puede servir como una indicación de la volatilidad global de ese compuesto. Un compuesto puro dada sólo tiene un punto de ebullición normal, en su caso, y el punto de ebullición normal de un compuesto y punto de fusión puede servir como propiedades físicas características para ese compuesto, que se enumeran en los libros de referencia. El punto más alto de un compuesto de ebullición normal, el menos volátil que el compuesto es general, y por el contrario, el punto de ebullición normal de un compuesto inferior, el más volátil que el compuesto es en general. Algunos compuestos se descomponen a temperaturas más altas antes de llegar a su punto de ebullición normal, o incluso a veces su punto de fusión. Para un compuesto estable, el punto de ebullición varía desde su punto triple a su punto crítico, dependiendo de la presión externa. Más allá de su punto triple, punto de ebullición normal de un compuesto, en su caso, es más alta que su punto de fusión. Más allá del punto crítico, las fases de líquido y de vapor de un compuesto que se funden en una fase, que puede ser llamado un gas sobrecalentado. A cualquier temperatura dada, si el punto de ebullición normal de un compuesto es inferior, entonces ese compuesto se existe generalmente como un gas a presión atmosférica externa. Si el punto de ebullición normal del compuesto es más alta, a continuación, que el compuesto puede existir como un líquido o sólido a esa temperatura dada a la presión atmosférica externa, y será así existir en equilibrio con su vapor, si están contenidas sus vapores. Si los vapores de un compuesto no se contienen, a continuación, algunos compuestos volátiles pueden evaporarse con el tiempo de distancia a pesar de sus puntos de ebullición más altos.

En general, los compuestos con enlaces iónicos tienen altos puntos de ebullición normales, si no no se descomponen antes de alcanzar temperaturas tan altas. Muchos metales tienen altos puntos de ebullición, pero no todos. Muy generalmente-con los demás factores son iguales-en compuestos con moléculas unidas covalentemente, como el tamaño de las moléculas aumenta, los aumentos de punto de ebullición normal. Cuando el tamaño molecular se convierte en el de una macromolécula, polímero, o de otro modo muy grande, el compuesto a menudo se descompone a alta temperatura antes de que se alcance el punto de ebullición. Otro factor que afecta el punto de ebullición normal de un compuesto es la polaridad de sus moléculas. A medida que la polaridad de las moléculas de un compuesto aumenta, aumenta su punto de ebullición normal, los demás factores iguales. Estrechamente relacionado es la capacidad de una molécula para formar enlaces de hidrógeno, lo que hace más difícil para las moléculas que abandonar el estado líquido y por lo tanto aumenta el punto de ebullición normal del compuesto. Ácidos carboxílicos simples dimerizar mediante la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas. Un factor de menor importancia que afecta a los puntos de ebullición es la forma de una molécula. Hacer la forma de una molécula más compacto tiende a disminuir el punto de ebullición normal ligeramente en comparación con una molécula equivalente con más área de superficie.

Los compuestos más volátiles pasan a través de una fase líquida intermedia durante el calentamiento a partir de una fase sólida para transformar finalmente a una fase de vapor. En comparación a la ebullición, una sublimación es una transformación física en la que un sólido se convierte directamente en vapor, lo que ocurre en unos pocos casos especiales tales como con dióxido de carbono a presión atmosférica. Para tales compuestos, un punto de sublimación es una temperatura a la cual un sólido de inflexión directamente en vapor tiene una presión de vapor igual a la presión externa.

Las impurezas y mezclas

En la sección anterior, los puntos de ebullición de los compuestos puros fueron cubiertos. Las presiones de vapor y puntos de ebullición de las sustancias pueden ser afectados por la presencia de impurezas disueltas u otros compuestos miscibles, el grado de efecto en función de la concentración de las impurezas u otros compuestos. La presencia de impurezas no volátiles, tales como sales o compuestos de una volatilidad mucho menor que el compuesto principal componente disminuye su fracción molar y la volatilidad de la solución, y por lo tanto aumenta el punto de ebullición normal en proporción a la concentración de los solutos. Este efecto se denomina elevación del punto de ebullición. Como un ejemplo común, sal el agua hierve a una temperatura más alta que el agua pura.

En otras mezclas de compuestos miscibles, puede haber dos o más componentes de diferente volatilidad, cada uno con su propio punto de ebullición componente puro a cualquier presión dada. La presencia de otros componentes volátiles en una mezcla afecta a las presiones de vapor y puntos de ebullición y por lo tanto puntos de rocío de todos los componentes en la mezcla. El punto de rocío es la temperatura a la que un vapor se condensa en un líquido. Por otra parte, a cualquier temperatura dada, la composición del vapor es diferente de la composición del líquido en la mayoría de tales casos. Con el fin de ilustrar estos efectos entre los componentes volátiles en una mezcla, se utiliza comúnmente un diagrama de punto de ebullición. La destilación es un proceso de ebullición y condensación que se aprovecha de estas diferencias en la composición entre las fases líquido y vapor.