Flüssigkeiten

Schmelzpunkt, Gefrierpunkt, Siedepunkt

Schmelzpunkt und Gefrierpunkt

Reine, kristalline Feststoffe haben einen charakteristischen Schmelzpunkt, dieTemperatur, bei der der Feststoff zu einer Flüssigkeit schmilzt. Der Übergang zwischen Feststoff und Flüssigkeit ist bei kleinen Proben einer reinen Substanz so scharf, dass Schmelzpunkte auf 0,1 oC gemessen werden können. Der Schmelzpunkt von festem Sauerstoff beträgt beispielsweise-218,4 oC.

Flüssigkeiten haben eine charakteristische Temperatur, bei der sie sich in Feststoffe verwandeln, bekannt alsihr Gefrierpunkt., Theoretisch sollte der Schmelzpunkt eines Feststoffs seindas gleiche wie der Gefrierpunkt der Flüssigkeit. In der Praxis können kleine Unterschiede zwischen diesen beobachtet werdenquantitäten.

Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, einen Feststoff über seinen Schmelzpunkt zu erhitzen, da diehitze, die an seinem Schmelzpunkt in den Feststoff eintritt, wird verwendet, um den Feststoff in Aliquid umzuwandeln. Es ist jedoch möglich, einige Flüssigkeiten auf Temperaturen unterhalb ihrer Gefrierpunkte abzukühlen, ohne einen Feststoff zu bilden. Wenn dies erledigt ist, soll die Flüssigkeit unterkühlt sein.,

Ein Beispiel für eine unterkühlte Flüssigkeit kann durch Erhitzen von festem Natriumacetattrihydrat (NaCH3CO2 3 H2O) hergestellt werden. Wenn dieser Feststoff schmilzt, löst sich Thesodiumacetat in dem Wasser, das im Kristall eingeschlossen war, um eine Lösung zu bilden.Wenn die Lösung auf Raumtemperatur abkühlt, sollte sie sich verfestigen. Wenn der Flüssigkeit ein kleiner Kristall Natriumacetattrihydrat zugesetzt wird, verfestigt sich der Inhalt des Kolbens jedoch innerhalb von Sekunden.,

Eine Flüssigkeit kann unterkühlt werden, weil die Partikel in einem Feststoff in einer körnigen Struktur verpackt sind, die für diese bestimmte Substanz charakteristisch ist. Einige von ihnen bilden sich sehr leicht, andere nicht. Einige benötigen ein Staubpartikel oder einen Samenkristall,um als Stelle zu fungieren, an der der Kristall wachsen kann. Um Kristalle von Sodiumacetattrihydrat zu bilden, müssen Na+ – Ionen,CH3CO2-Ionen und Wassermoleküle in der richtigen Orientierung zusammenkommen., Es ist schwierig fürdiese Teilchen, sich selbst zu organisieren, aber ein Samenkristall kann den Rahmen fürdie richtige Anordnung von Ionen und Wassermolekülen kann wachsen.

Weil es schwierig ist, Feststoffe auf Temperaturen über ihren Schmelzpunkten zu erhitzen, undweil reine Feststoffe dazu neigen, über einen sehr kleinen Temperaturbereich zu schmelzen, werden Schmelzpunkte oft verwendet, um Verbindungen zu identifizieren. Wir können zwischen den drei bekannten Zuckern unterscheidenals Glucose (MP = 150oC), Fructose (MP =103-105oC) und Saccharose (MP = 185-186oC), zum Beispiel durch Bestimmung des Schmelzpunkts einer kleinen Probe.,

Messungen des Schmelzpunktes eines Festkörpers können auch Aufschluss über die Verunreinigung des Stoffes geben. Reine, kristalline Feststoffe schmelzen über einen sehr engen Temperaturbereich, während Mischungen über einen breiten Temperaturbereich schmelzen. Mischungen neigen auch dazu, bei Temperaturen unterhalb der Schmelzpunkte der reinen Feststoffe zu schmelzen.

Siedepunkt

Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, erreicht sie schließlich eine Temperatur, bei der der Dampfdruck groß genug ist, dass sich Blasen im Flüssigkeitskörper bilden. Diese Temperaturwird Siedepunkt genannt., Sobald die Flüssigkeit zu kochen beginnt, dieTemperatur bleibt konstant, bis die gesamte Flüssigkeit in ein Gas umgewandelt wurde.

Der normale Siedepunkt von Wasser beträgt 100oC. Aber wenn Sie versuchen, ein Ei in kochendes Wasser beim Camping in den Rocky Mountains auf einer Höhe von 10.000 Fuß zu kochen, werden Sie feststellen, dass es länger dauert, bis das Ei kocht, weil Wasser nur 90oCat dieser Höhe kocht.

Theoretisch sollten Sie eine Flüssigkeit nicht auf Temperaturen über dem Normalkochpunkt erhitzen können., Bevor Mikrowellenherde populär wurden, wurden jedoch Schnellkochtöpfe verwendetum die Zeit zu verringern, die zum Kochen von Speisen benötigt wurde. In einem typischen Schnellkochtopf bleibt Watercan eine Flüssigkeit bei Temperaturen von bis zu 120 ° C, und Lebensmittel kocht in so wenig wie ein Drittel der normalen Zeit.

Um zu erklären, warum Wasser bei 90oC in den Bergen und 120oC in einem Schnellkochtopf kocht, obwohl der normale Siedepunkt von Wasser 100oC beträgt, müssen wir verstehen, warum eine Flüssigkeit kocht., Definitionsgemäß kocht eine Flüssigkeit, wenn der Dampfdruck des aus der Flüssigkeit austretenden Gases ist gleich dem Druck, der von seiner Umgebung auf das Wasser ausgeübt wird, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Der normale Siedepunkt von Wasser beträgt 100oC, da dies die Temperatur ist, bei der der Dampfdruck von Wasser 760 mmHg oder 1 atm beträgt., Unter normalen Bedingungen, wennder Druck der Atmosphäre beträgt ungefähr 760 mmHg, Wasser kocht bei 100oC.At 10.000 Fuß über dem Meeresspiegel, der Druck der Atmosphäre ist nur 526 mmHg. Bei diesen Veränderungen kocht Wasser, wenn sein Dampfdruck 526 mmHg beträgt, was bei einer Temperatur von 90oC auftritt.

Schnellkochtöpfe sind mit einem Ventil ausgestattet, das Gas entweichen lässt, wenn der Druck im Topf einen festen Wert überschreitet. Dieses Ventil ist oft auf 15 psi eingestellt, was bedeutet, dass der Wasserdampf im Topf einen Druck von 2 atm erreichen muss, bevor er entweichen kann.,Da Wasser erst bei einer Temperatur von 120 ° C einen Dampfdruck von 2 atm erreicht,kocht es in diesem Behälter bei 120 ° C.

Flüssigkeiten kochen oft ungleichmäßig oder stoßen an. Sie neigen dazu, zu stoßen, wenn es keine Kratzer an den Wänden des Behälters gibt, wo sich Blasen bilden können. Das Stoßen wird leicht verhindert, indem der Flüssigkeit ein paar kochende Späne hinzugefügt werden, die eine raue Oberfläche bieten, auf der sich Blasen bilden können. Wenn kochende Chips verwendet werden, im Wesentlichen allesbläschen, die durch die Lösung aufsteigen, bilden sich auf der Oberfläche dieser Chips.