Кіріспе
Сұйықтықтан буға өтетін температура – сұйықтықтардың қайнау нүктесі. Заттың қайнау нүктесі – сұйықтықтың бу қысымы, сұйықтықты қоршаған қысымға тең болатын және сұйықтықтың буға айналатын температурасы. Сұйықтың қайнау температурасы қоршаған ортаның қысымына байланысты өзгереді. Толық вакуумдағы сұйықтық, яғни төмен қысымда, атмосфералық қысымдағы сұйықтыққа қарағанда төмен қайнау нүктесіне ие. Осы себепті, су теңіз деңгейінде стандартты қысымда 100°C (немесе ғылыми дәлдікпен: 99,97 °C (212 °F)) температурада қайнайды, ал биіктікте 93,4 °C (200 °F) температурада қайнайды. Белгілі бір қысымда әртүрлі сұйықтықтар әртүрлі температурада қайнайды. Сұйықтың қалыпты қайнау нүктесі (атмосфералық қайнау нүктесі немесе атмосфералық қысымдағы қайнау нүктесі деп те аталады) – сұйықтың бу қысымы теңіз деңгейіндегі атмосфералық қысымға тең болатын ерекше жағдай. Осы температурада сұйықтың бу қысымы атмосфералық қысымды жеңіп, сұйықтың ішінде бу көпіршіктерінің пайда болуына мүмкіндік береді. Стандартты қайнау температурасы 1982 жылдан бері IUPAC ұйымы бір бар қысымда қайнау температурасы ретінде анықталған. Булану жылуы – белгілі бір мөлшердегі (моль, кг, фунт т.б.) затты сұйық күйден газ күйіне ауыстыру үшін қажетті энергия, белгілі бір қысымда (көбінесе атмосфералық қысымда). Сұйықтықтар қайнау температурасынан төмен температурада булану процесі арқылы буға айналуы мүмкін. Булану – сұйықтың бетінде орналасқан және сол жақта жеткілікті сұйық қысымымен ұсталмаған молекулалардың бу түрінде қоршаған ортаға таралуының беттік құбылысы. Ал қайнау – сұйықтың кез келген жеріндегі молекулалардың буға айналып, сұйықтың ішінде бу көпіршіктерінің пайда болуына себеп болатын процесс.
the boiling point of liquids
The boiling point of a substance is the temperature at which the vapor pressure of a liquid equals the pressure surrounding the liquid and the liquid changes into a vapor. The boiling point of a liquid varies depending upon the surrounding environmental pressure. A liquid in a partial vacuum, i. e., under a lower pressure, has a lower boiling point than when that liquid is at atmospheric pressure. Because of this, water boils at 100°C (or with scientific precision: 99.97 °C (212 °F)) under standard pressure at sea level, but at 93.4 °C (200 °F) at altitude. For a given pressure, different liquids will boil at different temperatures. The normal boiling point (also called the atmospheric boiling point or the atmospheric pressure boiling point) of a liquid is the special case in which the vapor pressure of the liquid equals the defined atmospheric pressure at sea level, one atmosphere. At that temperature, the vapor pressure of the liquid becomes sufficient to overcome atmospheric pressure and allow bubbles of vapor to form inside the bulk of the liquid. The standard boiling point has been defined by IUPAC since 1982 as the temperature at which boiling occurs under a pressure of one bar. The heat of vaporization is the energy required to transform a given quantity (a mol, kg, pound, etc.) of a substance from a liquid into a gas at a given pressure (often atmospheric pressure). Liquids may change to a vapor at temperatures below their boiling points through the process of evaporation. Evaporation is a surface phenomenon in which molecules located near the liquid's edge, not contained by enough liquid pressure on that side, escape into the surroundings as vapor. On the other hand, boiling is a process in which molecules anywhere in the liquid escape, resulting in the formation of vapor bubbles within the liquid.
Сұйықтықтардың қалыпты қайнау температурасы мен бу қысымының арақатынасы
Берілген температурада сұйықтың бу қысымы неғұрлым жоғары болса, сұйықтың қалыпты қайнау температурасы (яғни атмосфералық қысымдағы қайнау температурасы) соғұрлым төмен болады. Оң жақтағы бу қысымы графигінде әртүрлі сұйықтықтар үшін бу қысымы мен температураның графиктері көрсетілген. График бойынша көрініп тұрғанындай, бу қысымы жоғары сұйықтықтардың қалыпты қайнау температурасы төмен болады. Мысалы, кез келген температурада метилхлорид диаграммадағы сұйықтықтардың ішінде ең жоғары бу қысымына ие. Сондай-ақ, оның ең төменгі қалыпты қайнау температурасы (-24,2 °C) – метилхлоридтің бу қысымы қисығының (көк түсті сызық) бір атмосфера (атм) абсолютті бу қысымының көлденең сызығымен қиылысқан жері. Сұйықтың сындық нүктесі – оның қайнай алатын ең жоғары температурасы (және қысымы). Сондай-ақ, судың бу қысымын қараңыз.
Химиялық элементтердің қайнау температурасы
Ең төмен қайнау температурасы гелийге тән. Стандартты қысымда рений мен вольфрамның қайнау температурасы 5000 К-тан жоғарылайды; өте жоғары температураны бұрмаланбастан дәл өлшеу қиын болғандықтан, екеуі де әдебиетте ең жоғары қайнау температурасы бар элементтер ретінде келтірілген.
Таза қосылыстың эталондық қасиеті ретінде қайнау температурасы
Жоғарыда көрсетілген графиктен кез келген таза химиялық қосылыстың бу қысымы мен температурасының логарифмін көруге болады, оның қалыпты қайнау нүктесі сол қосылыстың жалпы ұшқырлығын көрсетеді. Берілген таза қосылыстың тек бір ғана қалыпты қайнау температурасы бар, егер ол болса, және қосылыстың қалыпты қайнау температурасы мен балқу температурасы анықтамалық кітаптарда көрсетілген осы қосылыстың сипаттамалық физикалық қасиеттері ретінде қызмет ете алады. Бір қосылыстың қалыпты қайнау температурасы неғұрлым жоғары болса, сол қосылыстың жалпы құбылмалылығы солшалықты төмен болады, керісінше, бір қосылыстың қалыпты қайнау температурасы неғұрлым төмен болса, сол қосылыстың жалпы құбылмалылығы солшалықты жоғары болады. Кейбір қосылыстар жоғары температурада қалыпты қайнау температурасына, кейде тіпті балқу температурасына дейін ыдырайды. Тұрақты қосылыстың қайнау нүктесі сыртқы қысымға байланысты үштік нүктеден сын нүктеге дейін болады. Үштік нүктеден кейін, қосылыстың қалыпты қайнау нүктесі, егер бар болса, оның балқу нүктесінен жоғары болады. Сын нүктеден кейін қосылыстың сұйық және бу фазалары бір фазаға қосылады, оны қызған газ деп атауға болады. Кез келген температурада, егер қосылыстың қалыпты қайнау нүктесі төмен болса, онда бұл қосылыс әдетте атмосфералық сыртқы қысымда газ ретінде болады. Егер қосылыстың қалыпты қайнау нүктесі жоғары болса, онда бұл қосылыс атмосфералық сыртқы қысымдағы берілген температурада сұйық немесе қатты ретінде болуы мүмкін және егер оның булары қамтылса, оның буларымен (егер ұшпалы болса) тепе-теңдікте болады. Егер қосылыстың булары ұсталмаса, онда кейбір ұшқыш қосылыстар жоғары қайнау нүктелеріне қарамастан, ақыр соңында буланып кетеді. Жалпы, иондық байланыстары бар қосылыстар жоғары температураға дейін ыдырай алмаса, жоғары қалыпты қайнау нүктесіне ие болады. Көптеген металдардың қайнау температурасы жоғары, бірақ барлығы емес. Жалпы алғанда, ковалентті байланысы бар молекулалар бар қосылыстарда молекуланың көлемі (немесе молекулалық массасы) ұлғая берген сайын қалыпты қайнау температурасы да артады. Молекуланың өлшемі макромолекуланың, полимердің немесе басқа үлкен заттардың молекуласына айналғанда, қосылыстар жиі қайнау нүктесіне жетпей жоғары температурада ыдырайды. Қосындының қалыпты қайнау температурасына әсер ететін тағы бір фактор - оның молекулаларының полярлығы. Қосындының молекулаларының полярлығы өскен сайын, оның қалыпты қайнау температурасы өседі, басқа факторлар тең болады. Молекуланың сутекті байланыстарды (сұйық күйде) құру қабілеті тығыз байланысты, бұл молекулалардың сұйық күйден кетуін қиындатады және осылайша қосылыстың қалыпты қайнау температурасын арттырады. Қарапайым карбоксил қышқылдары молекулалар арасында сутекті байланыстар құрып димеризацияланады. Қайнау нүктесіне әсер ететін кішігірім фактор - молекуланың пішіні. Молекуланың пішінін тығыздау, оның қалыпты қайнау температурасын, бетінің ауданы үлкен молекуламен салыстырғанда, сәл төмендетеді. + Бутан (C4H10) изомерінің қайнау нүктелерін салыстыру Ортақ атауы n-бутан изобутан IUPAC атауы бутан 2-метилпропан Молекулалық пішіні қайнау нүктесі (°C) -0,5 -11,7 + Пентановый изомерінің қайнау нүктелерін салыстыру Ортақ атауы n-пентан изопентан неопентан IUPAC атауы пентан 2-метилбутан 2,2-диметилпропан Молекулалық пішіні қайнау нүктесі (°C) 36,0 27,7 9,5 Көптеген ұшқыш қосылыстар (орталық температураның кез келген жерінде) аралық сұйық фазадан өтеді, қатты фазадан қызып, ақырында бу фазасына айналады. Сублимация - қайнаумен салыстырғанда қатты зат тікелей буға айналатын физикалық трансформация, бұл атмосфералық қысымдағы көмірқышқыл газы сияқты бірнеше таңдалған жағдайларда болады. Мұндай қосылыстар үшін сублимация нүктесі - қатты зат тікелей буға айналған кездегі температура, оның бу қысымы сыртқы қысымға тең.
+ Comparison of pentane isomer boiling points Common name n pentane isopentane neopentane IUPAC name pentane 2 methylbutane 2,2 dimethylpropane Molecularform Boilingpoint (°C) 36.0 27.7 9.5
Most volatile compounds (anywhere near ambient temperatures) go through an intermediate liquid phase while warming up from a solid phase to eventually transform to a vapor phase. By comparison to boiling, a sublimation is a physical transformation in which a solid turns directly into vapor, which happens in a few select cases such as with carbon dioxide at atmospheric pressure. For such compounds, a sublimation point is a temperature at which a solid turning directly into vapor has a vapor pressure equal to the external pressure.
Ластанулар мен қоспалар
Алдыңғы бөлімде таза заттардың қайнау температуралары қарастырылды. Заттардың бу қысымы мен қайнау температурасына еріген қоспалар (ерітінділер) немесе басқа араласатын қосылыстардың болуы әсер етуі мүмкін, бұл әсердің күші қоспалардың немесе басқа қосылыстардың концентрациясына байланысты. Тұздар сияқты ұшпағыш қоспалардың немесе негізгі компоненттен ұшқыштығы әлдеқайда төмен қосылыстардың болуы, оның мольдық үлесін және ерітіндінің ұшпақтығын төмендетіп, қайнау температурасын ерітіндінің концентрациясына пропорционалды түрде көтереді. Бұл құбылыс қайнау температурасының жоғарылауы деп аталады. Мысалы, тұзды су таза судан жоғары температурада қайнайды. Араласатын қосылыстардың басқа қоспаларында әртүрлі ұшқыштығы бар екі немесе одан көп компонент болуы мүмкін, олардың әрқайсысының белгілі бір қысымда өзіндік қайнау температурасы болады. Қоспадағы басқа ұшқыш компоненттердің болуы барлық компоненттердің бу қысымына, сонымен қатар қайнау және шық нүктелеріне әсер етеді. Шық нүктесі – будың сұйықтыққа конденсацияланатын температурасы. Сонымен қатар, көбінесе кез келген температурада будың құрамы сұйықтықтың құрамынан өзгеше болады. Мұндай қоспалардағы ұшқыш компоненттер арасындағы осы әсерлерді көрсету үшін қайнау температурасының диаграммасы қолданылады. Дестилляция – сұйық және бу фазалары арасындағы құрамдағы айырмашылықтарды пайдаланатын қайнату және [көбінесе] конденсация процесі.