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物質“沸點”的概念!

 田守國 2021-05-24

沸騰是在一定溫度下液體內部和表面同時發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象。沸點是液體沸騰時候的溫度,也就是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。沸點指純凈物在1個標準大氣壓下沸騰時的溫度。不同液體的沸點是不同的。沸點隨外界壓力變化而改變,壓力低,沸點也低。


沸點分類關于水沸騰簡介

基本定義

當液體沸騰時,在其內部所形成的氣泡中的飽和蒸汽壓必須與外界施予的壓強相等,氣泡才有可能長大并上升,所以,沸點也就是液體的飽和蒸汽壓等于外界壓強時的溫度。液體的沸點跟外部壓強有關。當液體所受的壓強增大時,它的沸點升高;壓強減小時;沸點降低。例如,蒸汽鍋爐里的蒸汽壓強,約有幾十個大氣壓,鍋爐里的水的沸點可在200℃以上。又如,在高山上煮飯,水易沸騰,但飯不易熟。這是由于大氣壓隨地勢的升高而降低,水的沸點也隨高度的升高而逐漸下降。(在海拔1900米處,大氣壓約為79800帕(600毫米汞柱),水的沸點是93.5℃),沸點低的一般先汽化,而沸點高的一般較難汽化。

不同液體

在相同的大氣壓下,不同種類液體的沸點亦不相同。這是因為飽和汽壓和液體種類有關。在一定的溫度下,各種液體的飽和汽壓亦一定。例如,乙醚在20℃時飽和氣壓為5865.2帕(44厘米汞柱)低于大氣壓,溫度稍有升高,使乙醚的飽和汽壓與大氣壓強相等,將乙醚加熱到35℃即可沸騰。液體中若含有雜質,則對液體的沸點亦有影響。液體中含有溶質后它的沸點要比純凈的液體高,這是由于存在溶質后,液體分子之間的引力增加了,液體不易汽化,飽和汽壓也較小。要使飽和汽壓與大氣壓相同,必須提高沸點。不同液體在同一外界壓強下,沸點不同。沸點隨壓強而變化的關系可由克勞修斯方程式得到。[1]

沸點分類

一些不同液體的沸點/攝氏度(在標準大氣壓下)

各種元素的沸點

(前面的序號為原子序數(shù))

74-液態(tài)鎢:5927

76-液態(tài)鋨:5300

6-液態(tài)碳:4827

92-液態(tài)鈾:3818

22-液態(tài)鈦:3260

27-液態(tài)鈷:2870

79-液態(tài)金:2807

26-液態(tài)鐵:2750

28-液態(tài)鎳:2732

29-液態(tài)銅:2567

14-液態(tài)硅:2355

13-液態(tài)鋁:2327

47-液態(tài)銀:2213

50-液態(tài)錫:2260

31-液態(tài)鎵:2204

82-液態(tài)鉛:1740

20-液態(tài)鈣:1484

12-液態(tài)鎂:1107

84-液態(tài)釙:962

11-液態(tài)鈉:882.9

15-液態(tài)磷:590

16-液態(tài)硫:444.674

80-水銀(汞):356.7

35-溴:58.76

17-液態(tài)氯:-34

86-液態(tài)氡:-61.8

54-液態(tài)氙:-107

8-液態(tài)氧:-183

18-液態(tài)氬:-185.7

9-液態(tài)氟:-188.14

7-液態(tài)氮:-195.8

1-液態(tài)氫:-253

2-液態(tài)氦:-268.934

其他液體沸點

液態(tài)氯化鈉(食鹽):1465

亞麻仁油:287

食用油:約250

液態(tài)萘:218

煤油:150

甲苯:110.6

水:99.974

酒精:78.2

乙醚:34.5

液態(tài)甲醛:-19.5

液態(tài)氨:-33.4

液態(tài)一氧化碳:-191.5[2]

關于水沸騰

水的沸點

攝氏溫標的定義“在標準大氣壓下,以水的冰點為0度,水的沸點為100度,中間分為100等分的溫標?!?/p>

所以通常人們都認為水的沸點是1標準大氣壓下100℃,但是1990年后不再如此(2013年使用的水沸點是1標準大氣壓下99.974℃)。

定義不是說水的沸點是100度嗎?為什么又不再是了呢?

1988年國際度量衡委員會推薦,第十八屆國際計量大會及第77屆國際計量委員會作出決議,從1990年1月1日起開始在全世界范圍內采用重新修訂的國際溫標,這一次取名為1990年國際溫標,代號為ITS-90。

1990國際溫標(ITS-90)對攝氏溫標和熱力學溫標進行統(tǒng)一,規(guī)定攝氏溫標由熱力學溫標導出,0℃=273.15K,劃分不變。因此冰點并不嚴格等于0℃(1/10000級才有區(qū)別),水的沸點不嚴格等100℃(0.01級才有區(qū)別)

注上修改原因:1990國際溫標,取消了“實用”二字,因為隨著科學技術水平的提高,這一溫標已經(jīng)相當接近于熱力學溫標。和舊國際溫度標準(IPTS-68)相比較,100℃時偏低0.026℃,即標準狀態(tài)下水的沸點已不再是100℃,而是1標準大氣壓下99.974℃。

所以說國際通用的不再是“正宗的”攝氏溫標,而是國際(攝氏)溫標。

國際(攝氏)溫標新定義:0℃=273.15K

還有一點:

水壺燒水的時候,壺壁或者壺底會出現(xiàn)一些小氣泡,小氣泡與周圍的液體進行汽化反應,以它為中心,會發(fā)生沸騰現(xiàn)象,我們把這些氣泡也可以稱之為汽化核。水在對流傳熱中的沸點是100℃,但如果拿進微波爐加熱溫度會遠遠大于100℃而水還沒蒸發(fā)。由于用微波爐加熱的水中,缺少沸騰的第二個條件,氣化核,容易達到甚至超過沸點卻不沸騰的過熱液體,當這個時候將小顆粒(咖啡粉等)投入到過熱液體時,它們(咖啡粉等小顆粒)誘導了氣化核的產(chǎn)生,形成瞬間爆沸的現(xiàn)象。

專家提醒,用微波爐加熱過的水,盡量不要攪拌、搖晃,因為我們在攪拌及搖晃的同時,其實就是突然改變了水的環(huán)境,杯中的水有可能會瞬間沸騰。另外,建議大家,用微波爐加熱過的液體,盡量將液體多放置一會再使用,避免給大家?guī)聿槐匾膫Α?/p>

計算公式

已知大氣壓強求水的沸點,即是求已知水體氣壓達到飽和時所處的溫度。

所用公式為求飽和水汽壓的公式,即馬格努斯經(jīng)驗公式:

其中,E0為0℃時的飽和水汽壓,E0=6.11百帕(hpa);a,b為經(jīng)驗常數(shù)。對于水來說,a=7.45,b=235℃;E的單位也為百帕;t的單位為℃。[3]

參考資料

[1]  蔡志亮, 周星風, 洪瑞槎. 沸點計法研究及斜式沸點計[J]. 化工學報, 1986(2):172-182.

[2]  曹晨忠, 袁華. 不飽和鏈烴分子結構與沸點的關系[J]. 有機化學, 2002, 22(5):354-363.

[3]  楊冬, 李永星, 陳聽寬,等. 多孔表面管內高沸點工質的強化流動沸騰換熱與阻力特性[J]. 

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