Punto de ebullición para niños
El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión que rodea al líquido y se transforma en vapor.
El punto de ebullición de un líquido varía según la presión ambiental que lo rodea. Un líquido en un vacío parcial tiene un punto de ebullición más bajo que cuando ese líquido está a la presión atmosférica. Un líquido a alta presión tiene un punto de ebullición más alto que cuando ese líquido está a la presión atmosférica. Por ejemplo, el agua hierve a 100 °C (212 °F) a nivel del mar, pero a 93.4 °C (200.1 °F) a 1,905 metros (6,250 pies) de altitud. Para una presión dada, diferentes líquidos hervirán a diferentes temperaturas.
El punto de ebullición normal (también llamado punto de ebullición atmosférico o punto de ebullición a presión atmosférica) de un líquido es el caso especial en el que la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica definida a nivel del mar, 1 atmósfera. A esa temperatura, la presión de vapor del líquido llega a ser suficiente para superar la presión atmosférica y permitir que se formen burbujas de vapor dentro de la mayor parte del líquido. El punto de ebullición estándar ha sido definido por IUPAC desde 1982 como la temperatura a la cual ocurre la ebullición bajo una presión de 1 bar.
El calor de vaporización es la energía requerida para transformar una cantidad dada (un mol, kg, libra, etc.) de una sustancia de un líquido en un gas a una presión dada (a menudo presión atmosférica).
Los líquidos pueden transformarse en vapor a temperaturas por debajo de sus puntos de ebullición a través del proceso de evaporación. La evaporación es un fenómeno de superficie en el que las moléculas ubicadas cerca del borde del líquido, que no están contenidas por suficiente presión de líquido en ese lado, se escapan a los alrededores como vapor. Por otro lado, la ebullición es un proceso en el cual las moléculas en cualquier parte del líquido se escapan, lo que resulta en la formación de burbujas de vapor dentro del líquido.
La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, solo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de los puntos materiales que componen su cuerpo).
El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente —dipolo inducido o puentes de hidrógeno—).
El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; esta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (–268,9 °C) de los correspondientes a cualquier sustancia y el wolframio, el más alto (5930 °C).
Contenido
Punto de ebullición estándar
En las tablas termodinámicas de productos químicos, no se indica todo el diagrama de fase, solo la temperatura de ebullición en el estado estándar, es decir, con una presión de una atmósfera (1013,25 hPa). Este punto de ebullición se denomina punto de ebullición normal y la Temperatura de ebullición normal. El término punto de ebullición se utiliza a menudo para referirse al punto de ebullición normal.
La siguiente tabla muestra las temperaturas de ebullición en el estado estándar (1 atm) en °C:
| H -252,8 |
He -268,9 |
||||||||||||||||
| Li 1342 |
Be 2471 |
B 4000 |
C 3825 |
N -195,8 |
O -183 |
F -188,1 |
Ne -246,1 |
||||||||||
| Na 882,9 |
Mg 1090 |
Al 2519 |
Si 3265 |
P 280,5 |
S 444,6 |
Cl -34 |
Ar -185,8 |
||||||||||
| K 759 |
Ca 1484 |
Sc 2836 |
Ti 3287 |
V 3407 |
Cr 2671 |
Mn 2061 |
Fe 2861 |
Co 2927 |
Ni 2913 |
Cu 2562 |
Zn 907 |
Ga 2204 |
Ge 2833 |
As 616 |
Se 685 |
Br 58,8 |
Kr -153,3 |
| Rb 688 |
Sr 1382 |
Y 3345 |
Zr 4409 |
Nb 4744 |
Mo 4639 |
Tc 4265 |
Ru 4150 |
Rh 3695 |
Pd 2963 |
Ag 2162 |
Cd 767 |
In 2072 |
Sn 2602 |
Sb 1587 |
Te 988 |
I 184,4 |
Xe -108,1 |
| Cs 671 |
Ba 1897 |
* |
Hf 4603 |
Ta 5458 |
W 5930 |
Re 5627 |
Os 5012 |
Ir 4428 |
Pt 3825 |
Au 2856 |
Hg 356,6 |
Tl 1473 |
Pb 1749 |
Bi 1564 |
Po 962 |
At | Rn -61,7 |
| Fr 677 |
Ra 1737 |
** |
Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
| * |
La 3464 |
Ce 3443 |
Pr 3520 |
Nd 3074 |
Pm 3000 |
Sm 1794 |
Eu 1529 |
Gd 3273 |
Tb 3230 |
Dy 2567 |
Ho 2700 |
Er 2868 |
Tm 1950 |
Yb 1196 |
Lu 3402 |
||
| ** |
Ac 3198 |
Th 4788 |
Pa 4027 |
U 4131 |
Np 4273 |
Pu 3228 |
Am 2011 |
Cm 3100 |
Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | ||
Temperatura de saturación y presión
Un líquido saturado contiene tanta energía térmica como puede sin hervir (o, a la inversa, un vapor saturado contiene la menor energía térmica posible sin condensación).
La temperatura de saturación significa punto de ebullición. La temperatura de saturación es la temperatura para una presión de saturación correspondiente a la que un líquido hierve en su fase de vapor. Se puede decir que el líquido está saturado de energía térmica. Cualquier adición de energía térmica resulta en una transición de fase.
Si la presión en un sistema permanece constante (isobárica), un vapor a temperatura de saturación comenzará a condensarse en su fase líquida a medida que se elimina la energía térmica (calor). De manera similar, un líquido a temperatura y presión de saturación hervirá en su fase de vapor a medida que se aplique energía térmica adicional.
El punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión ambiental circundante. Por lo tanto, el punto de ebullición depende de la presión. Los puntos de ebullición pueden publicarse con respecto al NIST, presión estándar de EE. UU. De 101.325 kPa (o 1 atm), o la presión estándar IUPAC de 100 000 kPa. En elevaciones más altas, donde la presión atmosférica es mucho menor, el punto de ebullición también es menor. El punto de ebullición aumenta con el aumento de la presión hasta el punto crítico, donde las propiedades del gas y del líquido se vuelven idénticas. El punto de ebullición no se puede aumentar más allá del punto crítico. Del mismo modo, el punto de ebullición disminuye con la presión decreciente hasta que se alcanza el punto triple. El punto de ebullición no puede reducirse por debajo del punto triple.
Si se conoce el calor de vaporización y la presión de vapor de un líquido a una cierta temperatura, el punto de ebullición se puede calcular utilizando la ecuación de Clausius-Clapeyron, por lo tanto:
| Símbolo | Nombre | Valor | Unidad |
|---|---|---|---|
 |
Punto de ebullición normal | K | |
 |
Temperatura conocida | K | |
 |
Presión conocida | Pa | |
 |
Presión de vapor a |
Pa | |
 |
Constante universal de los gases | 8.314 | J / (mol K) |
 |
Entalpía de vaporización | J / mol |
La presión de saturación es la presión para una temperatura de saturación correspondiente a la que un líquido hierve en su fase de vapor. La presión de saturación y la temperatura de saturación tienen una relación directa: a medida que aumenta la presión de saturación, también lo hace la temperatura de saturación.
Si la temperatura en un sistema permanece constante (un sistema isotérmico), el vapor a presión y temperatura de saturación comenzará a condensarse en su fase líquida a medida que aumenta la presión del sistema. De manera similar, un líquido a presión y temperatura de saturación tenderá a destellar en su fase de vapor a medida que disminuye la presión del sistema.
Existen dos convenciones con respecto al punto de ebullición estándar del agua: el punto de ebullición normal es 99.97 °C (211.9 °F) a una presión de 1 atm (es decir, 101.325 kPa). El punto de ebullición estándar recomendado por la IUPAC del agua a una presión estándar de 100 kPa (1 bar) es de 99.61 °C (211.3 °F). . A modo de comparación, en la cima del monte Everest, a una elevación de 8,848 m (29,029 ft), la presión es de aproximadamente 34 kPa (255 Torr) y el punto de ebullición del agua es de 71 °C (160 °F). . La escala de temperatura Celsius se definió hasta 1954 por dos puntos: 0 °C se definió por el punto de congelación del agua y 100 °C se definió por el punto de ebullición del agua a la presión atmosférica estándar.
Relación entre el punto de ebullición normal y la presión de vapor de los líquidos
Cuanto mayor sea la presión de vapor de un líquido a una temperatura dada, menor será el punto de ebullición normal (es decir, el punto de ebullición a presión atmosférica) del líquido.
El gráfico de presión del vapor a la derecha ha graphs de las presiones de vapor versus temperaturas para una variedad de líquidos. Cuando puede ser visto en el gráfico, los líquidos con las presiones de vapor más altas tienen el más bajos normales hirviendo puntos.
Por ejemplo, en cualquier temperatura dada, cloruro de metilo tiene la presión de vapor más alta de cualquier de los líquidos en el gráfico. También tiene el más bajo normal hirviendo punto (−24.2 °C), el cual es donde la curva de presión del vapor de cloruro de metilo (la línea azul) cruza la línea de presión horizontal de una atmósfera (atm) de presión de vapor absoluto.
El punto crítico de un líquido es la temperatura más alta (y la presión) a la que realmente hervirá.
Propiedades de los elementos
El elemento con el punto de ebullición más bajo es el helio. Tanto los puntos de ebullición de renio como de tungsteno superan los 5000 K a presión estándar; Debido a que es difícil medir temperaturas extremas precisamente sin sesgo, ambos han sido citados en la literatura por tener un punto de ebullición más alto.
Impurezas y mezclas
En la sección anterior, se cubrieron los puntos de ebullición de los compuestos puros. Las presiones de vapor y los puntos de ebullición de las sustancias pueden verse afectados por la presencia de impurezas disueltas (solutos) u otros compuestos miscibles, dependiendo el grado de efecto de la concentración de las impurezas u otros compuestos. La presencia de impurezas no volátiles tales como sales o compuestos de una volatilidad muy inferior al compuesto del componente principal disminuye su fracción molar y la volatilidad de la solución y, por lo tanto, eleva el punto de ebullición normal en proporción a la concentración de los solutos. Este efecto se llama elevación del punto de ebullición. Como ejemplo común, el agua salada hierve a una temperatura más alta que el agua pura.
En otras mezclas de compuestos miscibles (componentes), puede haber dos o más componentes de volatilidad variable, cada uno con su propio punto de ebullición de componente puro a cualquier presión dada. La presencia de otros componentes volátiles en una mezcla afecta las presiones de vapor y, por lo tanto, los puntos de ebullición y de rocío de todos los componentes de la mezcla. El punto de rocío es una temperatura a la cual un vapor se condensa en un líquido. Además, a cualquier temperatura dada, la composición del vapor es diferente de la composición del líquido en la mayoría de estos casos. Para ilustrar estos efectos entre los componentes volátiles de una mezcla, se usa comúnmente un diagrama de punto de ebullición. La destilación es un proceso de ebullición y [generalmente] condensación que aprovecha estas diferencias en la composición entre las fases líquida y vapor.
Véase también
En inglés: Boiling point Facts for Kids
- Elevación de punto de ebullición
- Punto crítico (termodinámica)
- Superheating
- Punto triple
