Cómo determinar los puntos de ebullición con presión

Cómo determinar los puntos de ebullición con presión

"una olla observada nunca hierve" puede parecer la máxima verdad cuando se cocina, pero en las circunstancias adecuadas, la olla hierve incluso más rápido de lo esperado. Ya sea para acampar o la química, predecir el punto de ebullición puede ser un desafío.

entendiendo el punto de ebullición

la ebullición ocurre cuando la presión de vapor de un líquido es igual a la presión del aire de la atmósfera sobre el líquido. por ejemplo, a nivel del mar, el agua hierve a 212 ° F (100 ° C). a medida que aumenta la elevación, la cantidad de atmósfera por encima del líquido disminuye, por lo que la temperatura de ebullición del líquido disminuye. en general, cuanto más baja sea la presión atmosférica, más baja será la temperatura de ebullición de cualquier líquido. Además de la presión atmosférica, la estructura molecular y la atracción entre las moléculas del líquido afectan el punto de ebullición. Los líquidos con enlaces intermoleculares débiles hierven, en general, a temperaturas más bajas que los líquidos con enlaces intermoleculares fuertes.

calculando el punto de ebullición

el cálculo del punto de ebullición basado en la presión se puede hacer usando varias fórmulas diferentes. Estas fórmulas varían en complejidad y precisión. en general, las unidades en estos cálculos se realizarán en el sistema métrico o sistema internacional (si), lo que dará como resultado temperaturas en grados celsius ( o c). para convertir a fahrenheit ( o f), use la conversión t (° f) = t (° c) × 9 ÷ 5 + 32, donde t significa temperatura. En cuanto a la presión atmosférica, las unidades de presión se cancelan, por lo que las unidades que se utilizan, ya sea mmhg, bares, psi u otra unidad, es menos importante que asegurarse de que todas las mediciones de presión sean las mismas unidades.

una fórmula para calcular el punto de ebullición del agua utiliza el punto de ebullición conocido a nivel del mar, 100 ° C, la presión atmosférica a nivel del mar y la presión atmosférica en el momento y la elevación donde se produce la ebullición.

    la fórmula bpcorr = bpobs - (pobs - 760mmhg) x 0.045 o c / mmhg se puede usar para encontrar una temperatura de ebullición desconocida para el agua.

    en esta fórmula, bpcorr significa punto de ebullición a nivel del mar, bpobs es la temperatura desconocida y pobs significa la presión atmosférica en el lugar. el valor 760mmhg es la presión atmosférica estándar en milímetros de mercurio al nivel del mar y 0.045 o c / mmhg es el cambio aproximado en la temperatura del agua con cada milímetro de mercurio en la presión.

    si la presión atmosférica es igual a 600 mmhg y se desconoce el punto de ebullición a esa presión, entonces la ecuación se convierte en 100 ° c = bpobs- (600mmhg-760mmhg) x0.045 ° c / mmhg.

    el cálculo de la ecuación da 100 ° c = bpobs - (- 160 mmhg) x0.045 ° c / mmhg. simplificado, 100 ° c = bpobs + 7.2. las unidades de mmhg se anulan entre sí, dejando las unidades en grados centígrados. resuelta para el punto de ebullición a 600 mmhg, la ecuación se convierte en: bpobs = 100 ° c-7.2 ° c = 92.8 ° c. por lo tanto, el punto de ebullición del agua a 600 mmhg, una altitud de aproximadamente 6400 pies sobre el nivel del mar, será de 92.8 ° c, o 92.8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° f.

    advertencia

    en las elevaciones más altas, el punto de ebullición más bajo del agua requiere cocinar los alimentos durante más tiempo para asegurar temperaturas internas adecuadas. Por seguridad, use un termómetro para carne para verificar las temperaturas.

ecuaciones para calcular el punto de ebullición

la ecuación detallada anteriormente utiliza una relación conocida de presión y temperatura con un cambio conocido de temperatura con cambio en la presión. Otros métodos para calcular los puntos de ebullición de líquidos basados ​​en la presión atmosférica, como la ecuación de clausius-clapeyron [ln (p₁ ÷ p₂) = (-l ÷ r) x (1 ÷ t₁ - 1 ÷ t₂)], incorporan factores adicionales. En la ecuación de clausius-clapeyron, por ejemplo, la ecuación incorpora el logaritmo natural (ln) de la presión inicial dividido por la presión final, el calor latente (l) del material y la constante de gas universal (r). El calor latente se relaciona con la atracción entre las moléculas, una propiedad del material que influye en la velocidad de vaporización. los materiales con calores latentes más altos requieren más energía para hervir porque las moléculas tienen una atracción más fuerte entre sí.

estimando el punto de ebullición

En general, se puede hacer una aproximación de la caída en el punto de ebullición del agua según la altitud. por cada 500 pies de aumento de altitud, el punto de ebullición del agua cae aproximadamente 0.9 ° F.

Determinación del punto de ebullición mediante nomografías.

También se puede utilizar un nomógrafo para estimar los puntos de ebullición de los líquidos. Los nomogramas usan tres escalas para predecir el punto de ebullición. un nomógrafo muestra una escala de temperatura de punto de ebullición, una temperatura de punto de ebullición en la escala de presión a nivel del mar y una escala de presión general.

para usar el nomograma, conecte dos valores conocidos con una regla y lea el valor desconocido en la tercera escala. Comience con uno de los valores conocidos. por ejemplo, si se conoce el punto de ebullición a nivel del mar y se conoce la presión barométrica, conecte esos dos puntos con una regla. la extensión de la línea desde los dos conocidos conectados muestra cuál debe ser la temperatura del punto de ebullición en esa elevación. a la inversa, si se conoce la temperatura del punto de ebullición y el punto de ebullición a nivel del mar, use una regla para conectar los dos puntos, extendiendo la línea para encontrar la presión barométrica.

utilizando calculadoras en línea

varias calculadoras en línea proporcionan temperaturas de punto de ebullición en diferentes elevaciones. muchas de estas calculadoras solo muestran la relación entre la presión atmosférica y el punto de ebullición del agua, pero otras muestran compuestos comunes adicionales.

utilizando gráficos y tablas

Se han desarrollado gráficos y tablas de puntos de ebullición de muchos líquidos. En el caso de las tablas, se muestra el punto de ebullición del líquido para diferentes presiones atmosféricas. en algunos casos, la tabla solo muestra un líquido y el punto de ebullición a varias presiones. en otros casos, se pueden mostrar varios líquidos a diferentes presiones.

Los gráficos muestran curvas de punto de ebullición basadas en la temperatura y la presión barométrica. Los gráficos, como el nomograma, usan valores conocidos para crear una curva o, como en la ecuación de clausius-clapeyron, usan el registro natural de la presión para desarrollar una línea recta. La línea graficada muestra las relaciones de punto de ebullición conocidas, dado un conjunto de valores de presión y temperatura. conociendo un valor, siga la línea de valores hasta la línea de presión-temperatura graficada, luego gire hacia el otro eje para determinar el valor desconocido.



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