- Tipus d'ebullició
- Punt d'ebullició
- Factors que determinen el punt d'ebullició
- pressió atmosfèrica
- forces intermoleculars
- Diferència entre ebullició i evaporació
- Exemples d'ebullició
- Esterilització per vapor d'aigua
- La cocció d'aliments
- Olla de pressió
- Dissipació de la calor
- Determinació de la massa molar de soluts
- indústria sucrera
- referències
La ebullició és el canvi d'estat o fase d'un líquid a l'estat gasós. Es produeix quan un líquid és escalfat fins arribar al seu punt d'ebullició: la temperatura a la qual la pressió de vapor d'el líquid iguala la pressió atmosfèrica que s'exerceix sobre la superfície de la mateixa.
En general, a l'ebullició la calor és subministrat a la part inferior de l'recipient que conté el líquid. Allà comença la formació de les bombolles que van augmentant de volum a mesura que ascendeixen cap a la superfície de el líquid, a causa de que la pressió sobre elles va disminuint a l'ascendir.
Quan un líquid bull es diu que ha arribat al seu punt d'ebullició. Font: Pixabay.
Quan el líquid que s'escalfa és aigua, les bombolles contenen vapor d'aigua; és a dir, ja contenen a l'aigua en estat gasós. A més, les bombolles es troben distribuïdes en tot el volum de el líquid. La temperatura d'ebullició d'l'aigua és al voltant de 100 ºC, a una pressió d'1 atm (760 mmHg).
Per produir-se el canvi d'estat de la fase líquida a la gasosa, cal subministrar energia (entalpia de vaporització). Mentre es produeix l'ebullició, la temperatura de l'aigua roman constant en 100 º C, ja que a mesura que surten molècules d'aigua líquida com a vapor d'aigua es perd energia tèrmica.
Tipus d'ebullició
Hi ha dos tipus principals d'ebullició: de nucleado, i de flux de calor crític.
En l'ebullició de nucleado es formen bombolles de petit volum en diferents llocs de l'volum de el líquid.
S'observa la formació de bombolles després de l'elevació de la temperatura
Mentrestant, a l'ebullició de flux de calor crític ocorre quan la superfície on es subministra calor per originar l'ebullició, s'escalfa per sobre d'un valor crític de temperatura, formant-se una capa de vapor sobre la superfície.
Punt d'ebullició
Factors que determinen el punt d'ebullició
pressió atmosfèrica
Un augment de la pressió atmosfèrica porta com a conseqüència una elevació del punt d'ebullició, ja que és necessari incrementar la pressió de vapor d'aigua per igualar la pressió atmosfèrica. Per aconseguir-ho, s'ha d'augmentar la temperatura de l'aigua, fent necessari una major despesa calòrica.
Per contra, a l'disminuir la pressió atmosfèrica, tal com ocorre en una muntanya de gran altitud sobre el nivell de mar, disminueix el punt d'ebullició, ja que es requereix d'una pressió de vapor menor que iguali a la pressió atmosfèrica.
forces intermoleculars
Les molècules en solució tenen diversos tipus d'interaccions, entre elles: les forces de dispersió o de London, la forces dipol-dipol i els ponts d'hidrògens. Mentre més gran sigui la magnitud d'aquestes forces, més gran serà el punt d'ebullició.
Es requereix d'energia calòrica per trencar la interacció entre les molècules, de manera que puguin tenir l'energia suficient per a la ebullició. Per exemple: l'èter metílic (C 2 H 6 O) té un punt d'ebullició de 25 ° C, mentre l'èter etílic (C 4 H 10 O) té un punt d'ebullició de 78,5 ºC.
La diferència entre els punts d'ebullició, tot i tenir estructures químiques semblants, s'explica perquè l'èter etílic té major massa molecular; tots dos formen ponts d'hidrogen, però les forces dispersives al C 4 H 10 O són més forts que al C 2 H 6 O.
Diferència entre ebullició i evaporació
L'ebullició s'origina en el líquid proper de la font de calor, estenent-se després per tot el volum de el líquid. S'observa en aquesta il·lustració:
Mentrestant, l'evaporació és un fenomen de la superfície de el líquid.
L'evaporació ocorre quan una molècula d'el líquid de la interfase aire-líquid té prou energia per vèncer la tensió superficial exercida sobre ella; per la qual cosa es produeix la seva fuita de el si de el líquid i passi a la fase gasosa.
L'evaporació pot produir-se a qualsevol temperatura, però la possibilitat de la seva ocurrència augmenta amb la temperatura. A la següent imatge s'observa aigua evaporant de terra:
Exemples d'ebullició
Esterilització per vapor d'aigua
Es realitza en un equip anomenat autoclau, el qual té la capacitat de generar pressions altes exercides pel vapor d'aigua impossibilitada a escapar. Així mateix, es produeix un augment de el punt d'ebullició de l'aigua, el que permet assolir temperatures superiors als 100 ºC.
A la autoclau s'esterilitzen materials per al cultiu de teixits, materials quirúrgics, materials d'ús en els laboratoris, mitjans de cultiu, etc. Les condicions usades per a l'esterilització a la autoclau són: 15 lliures de pressió, temperatura de 121 ºC i una durada de 15 minuts.
La cocció d'aliments
Els aliments s'escalfen col·locant-los dins del aigua. Durant la seva cocció es fan servir temperatures que igualen el punt d'ebullició de l'aigua (100 ºC). Els aliments són escalfats, durant el temps que l'experiència assenyala, per a aconseguir les condicions òptimes per a la seva ingestió.
El menjar xinesa utilitza un mínim d'ebullició i vapor per tal de preservar el color, la textura i el sabor dels aliments. El tipus de cuina conegut com Simmer utilitza temperatures sota el punt d'ebullició. També s'usa el cocció dels aliments mitjançant l'ús de el vapor d'aigua.
Olla de pressió
L'olla de pressió és usada en la cocció dels aliments. El seu funcionament es basa en la seva capacitat per limitar la fuita de el vapor d'aigua produït a l'atmosfera, el que genera un increment de la pressió interna.
L'augment de la pressió exercida sobre la superfície de el líquid a l'olla, es tradueix en un augment de el punt d'ebullició i l'abast de temperatures superiors a 100 ºC. Això redueix el temps de cocció i, per tant, s'estalvia en l'ús de combustibles.
Dissipació de la calor
L'aigua és bullida en superfícies hidrofíliques per refredar els reactors nuclears i els dispositius electrònics d'alta potència, evitant així que es sobrecalienten. Per aconseguir el punt d'ebullició i bullir, l'aigua ha de prendre calor del seu entorn i això produeix una disminució en la temperatura d'aquest.
Determinació de la massa molar de soluts
L'augment de el punt d'ebullició de l'aigua és una propietat col·ligativa; i per tant, dependent de la concentració de l'solut dissolt. Coneixent-la, es pot estimar la massa molar d'el solut. No obstant això, hi ha mètodes més precisos, com ara: l'espectrometria de massa, la qual segueix sent un mètode útil.
indústria sucrera
En la refinació de el sucre de canya per a la producció de l'sucre cristal·lina, es bull el suc de canya i la temperatura que aconsegueix depèn de la concentració de l'sucre en ell.
L'elevació del punt d'ebullició de l'suc de canya és una mesura de concentració de l'sucre en la solució. Aquesta és una informació important per aconseguir la cristal·lització de l'sucre.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (26 de setembre de al 2019). Boiling Definition in Chemistry. Recuperat de: thoughtco.com
- Wikipedia. (2019). Boiling point. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Breslyn W. & Wyler C. (29 de setembre de al 2019). Boiling. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Boiling. Recuperat de: chem.purdue.edu
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (19 de maig de 2015). Boiling. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Prof. Sofia Gutiérrez de Gamboa. (2008). Esterilització per calor humà.. Recuperat de: ucv.ve
- Purdue University. (30 d'abril del 2018). Water-repellent surfaces can efficiently boil vàter, keep electronics cool. ScienceDaily. Recuperat de: sciencedaily.com
- Brennan, John. (2019). Uses of the Boiling Point Elevation. sciencing.com. Recuperat de: sciencing.com