คำจำกัดความของจุดเดือด

จุดเดือดของสารหมายถึงอุณหภูมิที่ความดันไอในสภาวะสมดุลกับสารดังกล่าวในสถานะของเหลวจะเท่ากับความดันภายนอก ซึ่งหมายความว่าสารต่าง ๆ ไม่มีจุดเดือดที่จุดเดือดเดียว ตัวอย่างเช่นจุดเดือดของน้ำไม่ได้อยู่ที่ 100 °C เสมอไป เนื่องจากจุดเดือดขึ้นอยู่กับแรงดันภายนอกของเหลว

ในความเป็นจริง น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 100°C ก็ต่อเมื่อความดันภายนอกเท่ากับ 1 atm เท่านั้น และตรงกันข้ามกับที่เราทราบมา ความดันบรรยากาศแทบจะไม่เคยเท่ากับ 1 atm แม้แต่ที่ระดับน้ำทะเล

จุดเดือดคืออะไร?

แม้จะมีความจริงที่ว่าเราได้ชี้แจงคำจำกัดความที่แท้จริงของจุดเดือดของของเหลวแล้ว แต่ก็ควรสังเกตว่ามีคำจำกัดความอื่นที่แพร่หลายมาก แต่อย่างไรก็ตามนั่นผิดทั้งหมด นี่คือแนวคิดที่ว่าจุดเดือดคืออุณหภูมิที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซหรืออุณหภูมิที่เฟสเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ

แนวคิดนี้มีพื้นฐานมาจากประสบการณ์ในชีวิตประจำวัน ซึ่งเมื่อน้ำร้อนถึงจุดเดือด น้ำจะเริ่มเดือดและดำเนินต่อไปจนกว่าจะระเหยหมด อย่างไรก็ตาม มีเหตุผลหลายประการที่ทำให้ข้อสังเกตเหล่านี้นำเราไปสู่ข้อสรุปที่ผิด

ในสิ่งต่อไปนี้ เราจะอธิบายว่าเหตุใดคำจำกัดความนี้จึงไม่ถูกต้อง และให้แนวคิดเพิ่มเติมอีกสองแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับจุดเดือด

การเดือดกับการระเหย

เหตุผลหลักที่หลายคนเข้าใจผิดเกี่ยวกับจุดเดือด เป็นเพราะพวกเขาสับสนระหว่างการเดือดกับกระบวนการระเหยหรือการกลายเป็นไอ กระบวนการทั้งสองเกี่ยวข้องกับขั้นตอนจากสถานะของเหลวไปสู่สถานะก๊าซ อย่างไรก็ตาม ข้อแตกต่างที่สำคัญคือการระเหยหรือการกลายเป็นไอเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิใดๆ การระเหยเป็นสาเหตุที่ทำให้เสื้อผ้าแห้งหลังจากซักโดยการผึ่งลม เนื่องจากเราสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดาย เสื้อผ้าที่เปียกน้ำจะไม่ถึงจุดเดือดเมื่อตากแดด น้อยกว่าในที่ร่มมาก

โดยทั่วไปการระเหยถือเป็นปรากฏการณ์พื้นผิว ซึ่งเป็นสาเหตุที่น้ำระเหยเร็วกว่าเมื่อกระจายไปทั่วพื้นผิวที่กว้างกว่าเมื่อมีน้ำในปริมาณเท่ากันในแก้ว เป็นต้น

ในทางกลับกัน กระบวนการเดือด ซึ่งเข้าใจว่าเป็นช่วงเวลาที่จุดเดือดแตกและฟองไอน้ำก่อตัวขึ้นภายในของเหลว เป็นปรากฏการณ์มวล ไม่ใช่พื้นผิว ในระหว่างการเดือด จะเกิดฟองไอน้ำขึ้น ซึ่งความดันภายในเท่ากับความดันบรรยากาศ สามารถทนต่อความดันดังกล่าวได้โดยไม่ยุบตัว ในความเป็นจริง ความดันของฟองอากาศเหล่านี้สูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย เนื่องจากต้องทนต่อความดันของของเหลวที่อยู่ด้านบนด้วย

ดังนั้น ในระหว่างการต้ม การระเหยกลายเป็นไอเล็กๆ จะก่อตัวขึ้นทั่วทั้งของเหลว เร่งกระบวนการกลายเป็นไออย่างมาก ซึ่งมิฉะนั้นจะเกิดขึ้นที่พื้นผิวเท่านั้น

จุดเดือดปกติและมาตรฐาน

อย่างที่เราเพิ่งเห็น จุดเดือดของของเหลวแปรผันตามความดัน ยิ่งความดันภายนอกต่ำ จุดเดือดก็จะยิ่งต่ำ เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นน้อยลงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความดันไอที่จะไปถึงความดันภายนอก

แต่ทำไมจึงพูดเสมอว่าน้ำเดือดที่ 100 °C? และเหตุใดเราจึงสามารถค้นหาตารางทั้งหมดที่มีการรายงานจุดเดือดของสารต่างๆ ได้

เหตุผลคือเนื่องจากมีคำจำกัดความเพิ่มเติมอีก 2 คำจำกัดความของจุดเดือดซึ่งหมายถึงค่าที่ไม่ซ้ำกันและมีลักษณะเฉพาะสำหรับแต่ละสาร เรากำลังพูดถึงจุดเดือด ปกติ และมาตรฐาน

คำจำกัดความของจุดเดือดปกติ

จุดเดือดปกติหมายถึงจุดเดือดของสารเมื่อความดันภายนอกเท่ากับ 1 atm ดังนั้น จากแนวคิดของจุดเดือดที่ได้นำเสนอไปแล้ว เราสามารถกำหนดจุดเดือดปกติได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับ 1 atm

ข้อเท็จจริงที่ว่าคำจำกัดความนี้ระบุความดันที่จุดเดือดถูกกำหนดทำให้มั่นใจได้ว่าสารแต่ละชนิดมีจุดเดือดปกติเพียงจุดเดียว ดังนั้นเมื่อเราบอกว่าจุดเดือดของน้ำคือ 100 °C เรากำลังเข้าใจผิด เราควรกล่าวว่าจุดเดือดของน้ำปกติคือ 100 °C จุดเดือดส่วนใหญ่ที่เราพบในตารางคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีนั้นแท้จริงแล้วคือจุดเดือดปกติ

คำจำกัดความของจุดเดือดมาตรฐาน

เป็นเวลาหลายปีที่ 1 atm ถือเป็นความดันบรรยากาศมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม บรรยากาศที่เป็นหน่วยความดันนำเสนอข้อบกพร่องบางประการที่เกี่ยวข้องกับการแปลงเป็นระบบหน่วยต่างๆ เนื่องจากไม่สอดคล้องกับผลคูณรวมหรือผลคูณย่อยของหน่วยความดันใดๆ ของระบบหน่วยอื่น ตัวอย่างเช่น 1 atm เท่ากับ 101.325 หรือ 1.01325 10 ⁵ Pa ในทางกลับกัน แท่งเป็นหน่วยของความดันซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับ 1 บรรยากาศมาก แต่มีค่าเท่ากับ 100,000 หรือ 10 5 ^Paซึ่งเป็นหน่วยของความดันในระบบสากลของหน่วย

ในมุมมองของความแตกต่างเล็กน้อยและประโยชน์ของการใช้แถบแทนบรรยากาศ ปัจจุบันความดันมาตรฐานถือเป็น 1 บาร์ และความดัน 1 atm ถูกเปลี่ยนชื่อเป็นความดันปกติ คุณสมบัติหลายอย่างที่เคยวัดในอดีตที่ความดัน 1 atm ปัจจุบันมีการรายงานที่ 1 บาร์ และมักถูกอ้างถึงเป็นปริมาณมาตรฐาน จุดเดือดมาตรฐานหมายถึงจุดเดือดของสารที่ความดัน 1 bar หรือ 10 5 ^Paเหมือนกับการบอกว่าจุดเดือดมาตรฐานคืออุณหภูมิที่ความดันไอของสาร ถึง 1 บาร์

อ้างอิง

อภิธานศัพท์เฉพาะ (2560, 12 มิถุนายน). จุดเดือดปกติ [Normal จุดเดือด] (เคมี) . https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/punto-de-ebullicion-normal

Ondarse Álvarez, D. (2021, 15 กรกฎาคม). จุดเดือด – แนวคิด วิธีคำนวณ และตัวอย่าง แนวคิด. https://concepto.de/punto-de-ebullicion/

สเตรฟฟอนเซย์ส. (น). ความแตกต่างระหว่างจุดเดือดปกติกับจุดเดือดมาตรฐาน https://th.strephonsays.com/normal-boiling-point-and-standard-boiling-point-11457