Laske erilaisten aineiden keittopiste eri paineissa Antoine-yhtälön avulla. Valitse yleisistä kemikaaleista tai syötä mukautetut aineparametrit tarkkoja tuloksia varten.
Keittopisteen laskin on olennainen työkalu kemisteille, insinööreille ja tutkijoille, jotka tarvitsevat nestemäisten aineiden lämpötilan määrittämistä, jolloin ne muuttuvat höyrytilaan eri paineolosuhteissa. Aineen keittopiste on lämpötila, jossa sen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ympäröivä ilmanpaine, mikä aiheuttaa nesteen muuttumisen kaasuksi. Tämä tärkeä fysikaalinen ominaisuus vaihtelee merkittävästi paineen mukaan – suhde, joka on elintärkeä monilla tieteellisillä ja teollisilla sovelluksilla. Käyttäjäystävällinen keittopisteen laskin käyttää Antoine-yhtälöä, hyvin vakiintunutta matemaattista mallia, tarkasti ennustamaan keittopisteitä erilaisille aineille eri paineolosuhteissa.
Olitpa sitten suunnittelemassa kemiallisia prosesseja, suunnittelemassa tislausoperaatioita tai yksinkertaisesti tutkimassa, miten korkeus vaikuttaa ruoanlaittolämpötiloihin, keittopisteen vaihteluiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää. Tämä laskin tarjoaa tarkkoja keittopisteennusteita yleisille aineille, kuten vedelle, etanolille ja asetoonille, ja se sallii myös mukautettujen aineiden syöttämisen tunnetuilla Antoine-yhtälön parametreilla.
Aineen keittopiste on lämpötila, jossa sen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Tässä vaiheessa höyrykuplia muodostuu nesteen sisällä ja nousee pinnalle, mikä johtaa tuttuihin kiehuviin ilmiöihin. Useat tekijät vaikuttavat aineen keittopisteeseen:
Suhde paineen ja keittopisteen välillä on erityisen tärkeä. Vesi, esimerkiksi, kiehuu 100 °C (212 °F) normaalissa ilmanpaineessa (1 atm tai 760 mmHg), mutta korkeammalla korkeudella, alennetussa paineessa, se kiehuu merkittävästi alhaisemmissa lämpötiloissa.
Antoine-yhtälö on puoliksi empiirinen kaava, joka yhdistää höyrynpaineen lämpötilaan puhtailla komponenteilla. Se on laskimemme matemaattinen perusta ja se on ilmaistu seuraavasti:
Missä:
Laskettaessa keittopistettä tietyssä paineessa, järjestämme yhtälön ratkaistaksemme lämpötilan:
Jokaisella aineella on ainutlaatuiset Antoine-vakiot, jotka on määritetty kokeellisten mittausten avulla. Nämä vakiot ovat yleensä voimassa tietyillä lämpötila-alueilla, minkä vuoksi laskimemme sisältää varoituksia, kun tulokset ovat suositeltujen alueiden ulkopuolella.
Laskimemme on suunniteltu intuitiiviseksi ja yksinkertaiseksi. Seuraa näitä vaiheita laskettaessa haluamasi aineen keittopistettä:
Laskin tarjoaa:
Käyttäjille, jotka ovat kiinnostuneita taustalla olevasta matematiikasta, laskin sisältää "Edistyneet Vaihtoehdot" -kytkimen, joka näyttää Antoine-yhtälön ja selittää, miten sitä käytetään laskennassa.
Tarkat keittopisteen laskennat ovat välttämättömiä monilla aloilla ja sovelluksissa:
Vesi korkealla korkeudella (5,000 jalkaa):
Teollinen etanolitislaus:
Laboratoriovakuumitislaus tolueenista:
Vaikka Antoine-yhtälö on laajalti käytetty sen yksinkertaisuuden ja tarkkuuden vuoksi, keittopisteiden laskemiseen on muitakin menetelmiä:
Jokaisella lähestymistavalla on etunsa, mutta Antoine-yhtälö tarjoaa erinomaisen tasapainon yksinkertaisuuden ja tarkkuuden välillä useimmissa sovelluksissa, minkä vuoksi se on toteutettu laskimessamme.
Ymmärrys keittopisteistä ja niiden suhteesta paineeseen on kehittynyt merkittävästi vuosisatojen aikana:
Vuonna 1888 ranskalainen insinööri Louis Charles Antoine julkaisi nimikkoyhtälönsä, joka tarjosi yksinkertaisen mutta tehokkaan matemaattisen suhteen höyrynpaineen ja lämpötilan välillä. Tämä puoliksi empiirinen kaava tuli nopeasti standardityökaluksi kemiantekniikassa ja fysikaalisessa kemiassa.
Koko 20. vuosisadan ajan tutkijat kokoontuivat laajoihin Antoine-vakioiden tietokantoihin tuhansille aineille. Nykyiset laskentamenetelmät ovat edelleen hienosäätäneet näitä arvoja ja laajentaneet yhtälön soveltuvuutta laajemmille lämpötila- ja painealueille.
Nykyään Antoine-yhtälö on edelleen höyry-neste-tasapainolaskentojen kulmakivi, ja se löytää sovelluksia kaikesta teollisesta tislausprosessista ympäristömalleihin.
Tässä on esimerkkejä siitä, miten keittopisteen laskentaa voidaan toteuttaa Antoine-yhtälön avulla eri ohjelmointikielissä:
1' Excel VBA -toiminto keittopisteen laskemiseen
2Function CalculateBoilingPoint(A As Double, B As Double, C As Double, Pressure As Double) As Double
3 ' Laske keittopiste Antoine-yhtälön avulla
4 ' Paineen tulee olla mmHg
5 CalculateBoilingPoint = B / (A - Log(Pressure) / Log(10)) - C
6End Function
7
8' Esimerkki käytöstä:
9' Veden vakiot: A=8.07131, B=1730.63, C=233.426
10' =CalculateBoilingPoint(8.07131, 1730.63, 233.426, 760) ' Tulos: 100.0 °C 1 atm:ssa
11
1import math
2
3def calculate_boiling_point(a, b, c, pressure_mmhg):
4 """
5 Laske keittopiste Antoine-yhtälön avulla.
6
7 Parametrit:
8 a, b, c: Aineen Antoine-vakiot
9 pressure_mmhg: Paine mmHg:ssä
10
11 Palauttaa:
12 Keittopiste Celsius-asteina
13 """
14 return b / (a - math.log10(pressure_mmhg)) - c
15
16# Esimerkki vedestä normaalipaineessa (760 mmHg)
17water_constants = {"A": 8.07131, "B": 1730.63, "C": 233.426}
18pressure = 760 # 1 atm = 760 mmHg
19
20boiling_point = calculate_boiling_point(
21 water_constants["A"],
22 water_constants["B"],
23 water_constants["C"],
24 pressure
25)
26
27print(f"Vesi kiehuu {boiling_point:.2f}°C {pressure} mmHg:ssa")
28
1function calculateBoilingPoint(a, b, c, pressureMmHg) {
2 // Laske keittopiste Antoine-yhtälön avulla
3 // Palauttaa lämpötilan Celsius-asteina
4 return b / (a - Math.log10(pressureMmHg)) - c;
5}
6
7// Muunna lämpötilaa yksiköiden välillä
8function convertTemperature(temp, fromUnit, toUnit) {
9 // Ensiksi muunna Celsius-asteiksi
10 let tempInC;
11
12 switch (fromUnit) {
13 case 'C':
14 tempInC = temp;
15 break;
16 case 'F':
17 tempInC = (temp - 32) * 5/9;
18 break;
19 case 'K':
20 tempInC = temp - 273.15;
21 break;
22 }
23
24 // Sitten muunna Celsius-asteista kohdeyksikköön
25 switch (toUnit) {
26 case 'C':
27 return tempInC;
28 case 'F':
29 return (tempInC * 9/5) + 32;
30 case 'K':
31 return tempInC + 273.15;
32 }
33}
34
35// Esimerkki käytöstä veden eri paineissa
36const waterConstants = { A: 8.07131, B: 1730.63, C: 233.426 };
37const standardPressure = 760; // mmHg
38const highAltitudePressure = 630; // mmHg (noin 5000 jalkaa)
39
40const boilingPointAtSeaLevel = calculateBoilingPoint(
41 waterConstants.A,
42 waterConstants.B,
43 waterConstants.C,
44 standardPressure
45);
46
47const boilingPointAtAltitude = calculateBoilingPoint(
48 waterConstants.A,
49 waterConstants.B,
50 waterConstants.C,
51 highAltitudePressure
52);
53
54console.log(`Vesi kiehuu ${boilingPointAtSeaLevel.toFixed(2)}°C merenpinnalla`);
55console.log(`Vesi kiehuu ${boilingPointAtAltitude.toFixed(2)}°C korkealla`);
56console.log(`Se on ${convertTemperature(boilingPointAtAltitude, 'C', 'F').toFixed(2)}°F`);
57
1public class BoilingPointCalculator {
2 /**
3 * Laske keittopiste Antoine-yhtälön avulla
4 *
5 * @param a Antoine vakio A
6 * @param b Antoine vakio B
7 * @param c Antoine vakio C
8 * @param pressureMmHg Paine mmHg:ssä
9 * @return Keittopiste Celsius-asteina
10 */
11 public static double calculateBoilingPoint(double a, double b, double c, double pressureMmHg) {
12 return b / (a - Math.log10(pressureMmHg)) - c;
13 }
14
15 /**
16 * Muunna paine eri yksiköiden välillä
17 *
18 * @param pressure Muunnettava painearvo
19 * @param fromUnit Lähdeyksikkö ("atm", "mmHg", "kPa", "psi", "bar")
20 * @param toUnit Kohdeyksikkö
21 * @return Muunnettu painearvo
22 */
23 public static double convertPressure(double pressure, String fromUnit, String toUnit) {
24 // Muuntokertoimet mmHg:lle
25 double mmHg = 0;
26
27 // Muunna ensin mmHg:ksi
28 switch (fromUnit) {
29 case "mmHg": mmHg = pressure; break;
30 case "atm": mmHg = pressure * 760; break;
31 case "kPa": mmHg = pressure * 7.50062; break;
32 case "psi": mmHg = pressure * 51.7149; break;
33 case "bar": mmHg = pressure * 750.062; break;
34 }
35
36 // Muunna mmHg:stä kohdeyksikköön
37 switch (toUnit) {
38 case "mmHg": return mmHg;
39 case "atm": return mmHg / 760;
40 case "kPa": return mmHg / 7.50062;
41 case "psi": return mmHg / 51.7149;
42 case "bar": return mmHg / 750.062;
43 }
44
45 return 0; // Ei pitäisi päästä tähän
46 }
47
48 public static void main(String[] args) {
49 // Veden Antoine vakiot
50 double a = 8.07131;
51 double b = 1730.63;
52 double c = 233.426;
53
54 // Laske keittopiste eri paineissa
55 double standardPressure = 1.0; // atm
56 double standardPressureMmHg = convertPressure(standardPressure, "atm", "mmHg");
57 double boilingPoint = calculateBoilingPoint(a, b, c, standardPressureMmHg);
58
59 System.out.printf("Vesi kiehuu %.2f°C %.2f atm:ssa (%.2f mmHg)%n",
60 boilingPoint, standardPressure, standardPressureMmHg);
61
62 // Laske keittopiste alennetussa paineessa (korkealla)
63 double reducedPressure = 0.8; // atm
64 double reducedPressureMmHg = convertPressure(reducedPressure, "atm", "mmHg");
65 double reducedBoilingPoint = calculateBoilingPoint(a, b, c, reducedPressureMmHg);
66
67 System.out.printf("Korkealla (0.8 atm) vesi kiehuu %.2f°C%n",
68 reducedBoilingPoint);
69 }
70}
71
1#include <iostream>
2#include <cmath>
3#include <string>
4
5// Laske keittopiste Antoine-yhtälön avulla
6double calculateBoilingPoint(double a, double b, double c, double pressureMmHg) {
7 return b / (a - log10(pressureMmHg)) - c;
8}
9
10// Muunna lämpötilaa yksiköiden välillä
11double convertTemperature(double temp, const std::string& fromUnit, const std::string& toUnit) {
12 // Ensiksi muunna Celsius-asteiksi
13 double tempInC;
14
15 if (fromUnit == "C") {
16 tempInC = temp;
17 } else if (fromUnit == "F") {
18 tempInC = (temp - 32.0) * 5.0 / 9.0;
19 } else if (fromUnit == "K") {
20 tempInC = temp - 273.15;
21 } else {
22 throw std::invalid_argument("Virheellinen lämpöyksikkö");
23 }
24
25 // Sitten muunna Celsius-asteista kohdeyksikköön
26 if (toUnit == "C") {
27 return tempInC;
28 } else if (toUnit == "F") {
29 return (tempInC * 9.0 / 5.0) + 32.0;
30 } else if (toUnit == "K") {
31 return tempInC + 273.15;
32 } else {
33 throw std::invalid_argument("Virheellinen lämpöyksikkö");
34 }
35}
36
37int main() {
38 // Veden Antoine vakiot
39 double a = 8.07131;
40 double b = 1730.63;
41 double c = 233.426;
42
43 // Laske keittopiste normaalipaineessa
44 double standardPressure = 760.0; // mmHg (1 atm)
45 double boilingPoint = calculateBoilingPoint(a, b, c, standardPressure);
46
47 std::cout << "Vesi kiehuu " << boilingPoint << "°C normaalipaineessa (760 mmHg)" << std::endl;
48
49 // Laske keittopiste alennetussa paineessa
50 double reducedPressure = 500.0; // mmHg
51 double reducedBoilingPoint = calculateBoilingPoint(a, b, c, reducedPressure);
52
53 std::cout << "Vesi kiehuu " << reducedBoilingPoint << "°C alennetussa paineessa (500 mmHg)" << std::endl;
54 std::cout << "Se on " << convertTemperature(reducedBoilingPoint, "C", "F") << "°F" << std::endl;
55
56 return 0;
57}
58
Vesi kiehuu 100 °C (212 °F) normaalissa ilmanpaineessa (1 atm tai 760 mmHg). Tätä käytetään usein viitepisteenä lämpötilaskaalassa ja ruoanlaitto-ohjeissa.
Korkeammilla korkeuksilla ilmanpaine laskee, mikä alentaa nesteiden keittopistettä. Vedelle keittopiste laskee noin 1 °C jokaista 285 metriä (935 jalkaa) kohden. Tämän vuoksi kypsennysaikoja on säädettävä korkeilla korkeuksilla.
Eri nesteillä on eri keittopisteet johtuen molekyylirakenteen, molekyylipainon ja välisiä voimia vahvuuden vaihteluista. Aineet, joilla on vahvempia välisiä voimia (kuten vedy sidokset vedessä), vaativat enemmän energiaa erottaakseen molekyylejä kaasuvaiheeseen, mikä johtaa korkeampiin keittopisteisiin.
Antoine-vakiot (A, B ja C) ovat empiirisiä parametreja, joita käytetään Antoine-yhtälössä yhdistämään höyrynpaine ja lämpötila tietyille aineille. Ne määritetään kokeellisilla mittauksilla höyrynpaineesta eri lämpötiloissa, minkä jälkeen suoritetaan regressioanalyysi, jotta data saadaan sovitettua Antoine-yhtälöön.
Perus Antoine-yhtälö pätee vain puhtaille aineille. Seoksille tarvitaan monimutkaisempia malleja, kuten Raoultin laki tai aktiivisuuskerroinmallit, ottaakseen huomioon eri komponenttien väliset vuorovaikutukset. Laskimemme on suunniteltu puhtaille aineille.
Kiehuminen tapahtuu, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine, jolloin kuplia muodostuu nesteen sisällä. Haihtuminen tapahtuu vain nesteen pinnalla ja voi tapahtua missä tahansa lämpötilassa. Kiehuminen on massaprosessi, joka tapahtuu tietyssä lämpötilassa (keittopiste) tietyssä paineessa.
Antoine-yhtälö tarjoaa tyypillisesti tarkkuuden 1-2 % kokeellisiin arvoihin verrattuna tietyllä aineen suositellulla lämpötila-alueella. Näiden alueiden ulkopuolella tarkkuus voi heikentyä. Erittäin korkeilla paineilla tai lämpötiloilla, jotka ovat lähellä kriittisiä pisteitä, suositellaan monimutkaisempia tilan yhtälöitä.
Antoine-yhtälö toimii parhaiten kohtuullisilla painealueilla. Erittäin korkeilla paineilla (lähellä kriittistä painetta) tai erittäin matalilla paineilla (syvä tyhjö) yhtälön tarkkuus voi heikentyä. Laskimemme varoittaa sinua, kun tulokset ovat ennalta määriteltyjen aineiden suositeltujen alueiden ulkopuolella.
Antoine-yhtälön standardimuoto käyttää lämpötilaa Celsius-asteina (°C) ja painetta mmHg:ssä. Jos vakiot perustuvat eri yksiköihin, ne on muunnettava ennen käyttöä yhtälössä.
Keittopiste on lämpötila, jossa aineen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Lämpötilan noustessa höyrynpaine nousee. Kun höyrynpaine vastaa ympäröivää painetta, kiehuminen tapahtuu. Tämä suhde on juuri se, mitä Antoine-yhtälö kuvaa.
Antoine, C. (1888). "Tensions des vapeurs: nouvelle relation entre les tensions et les températures." Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences. 107: 681–684, 778–780, 836–837.
Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (5. painos). McGraw-Hill.
Smith, J.M., Van Ness, H.C., & Abbott, M.M. (2005). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (7. painos). McGraw-Hill.
NIST Chemistry WebBook, SRD 69. National Institute of Standards and Technology. https://webbook.nist.gov/chemistry/
Yaws, C.L. (2003). Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds. Knovel.
Reid, R.C., Prausnitz, J.M., & Poling, B.E. (1987). The Properties of Gases and Liquids (4. painos). McGraw-Hill.
Gmehling, J., Kolbe, B., Kleiber, M., & Rarey, J. (2012). Chemical Thermodynamics for Process Simulation. Wiley-VCH.
Nyt kun ymmärrät keittopisteiden taustatieteen ja miten laskimemme toimii, olet valmis tekemään tarkkoja ennusteita erityisistä sovelluksistasi. Olitpa opiskelija oppimassa termodynamiikasta, ammattilainen insinööri suunnittelemassa kemiallisia prosesseja tai utelias mieli tutkimassa tieteellisiä käsitteitä, keittopisteen laskin tarjoaa tarvittavan tarkkuuden ja joustavuuden.
Valitse yksinkertaisesti aineesi (tai syötä mukautetut Antoine-vakiot), määritä paineolosuhteet ja näe heti laskettu keittopiste yhdessä hyödyllisen visualisoinnin kanssa paineen ja lämpötilan välisestä suhteesta. Laskimen intuitiivinen käyttöliittymä tekee monimutkaisista laskelmista saavutettavia kaikille, riippumatta teknisestä taustasta.
Aloita tutkiminen paineen ja keittopisteiden välisestä kiehtovasta suhteesta tänään!
Löydä lisää työkaluja, jotka saattavat olla hyödyllisiä työnkulullesi