उबालने का बिंदु कैलकुलेटर | एंटोइन समीकरण टूल

क्वथनांक कैलकुलेटर क्या है?

क्वथनांक कैलकुलेटर उस तापमान का पता लगाता है जिस पर चुने गए दाब पर कोई द्रव गैस में बदल जाता है। यह पानी और अन्य शुद्ध द्रवों के लिए एंटोनी समीकरण नामक सूत्र का उपयोग करता है। किसी पदार्थ और दाब को दर्ज करें, और कैलकुलेटर उस तापमान को दिखाता है जिस पर वह द्रव उबलता है।

दाब क्वथनांक को कैसे बदलता है

कोई द्रव तब उबलता है जब उसका वाष्प दाब—अर्थात उसकी सतह से निकलने वाली गैस का दाब—उसके ऊपर की हवा या गैस के दाब के बराबर हो जाता है। बाहरी दाब कम करने पर इस संतुलन तक पहुँचने के लिए द्रव को कम ऊष्मा की आवश्यकता होती है, इसलिए वह कम तापमान पर उबलता है। दाब बढ़ाने पर द्रव को अधिक ऊष्मा चाहिए, इसलिए वह अधिक तापमान पर उबलता है।

इसी कारण समुद्र तल पर पानी 100 °से॰ (212°F) पर उबलता है, जहाँ मानक वायुमंडलीय दाब 1 atm (760 mmHg) होता है, लेकिन पहाड़ पर 100 °से॰ से कम तापमान पर उबलता है, जहाँ हवा विरल होती है। इससे यह भी समझ आता है कि प्रेशर कुकर भोजन को जल्दी क्यों पकाता है। फँसी हुई भाप बर्तन के अंदर दाब बढ़ाती है, जिससे पानी का क्वथनांक बढ़ जाता है और भोजन खुले बर्तन की तुलना में अधिक तापमान पर पकता है।

क्वथनांक स्वयं पदार्थ पर भी निर्भर करता है। प्रबल बलों से एक-दूसरे से जुड़े अणुओं को अलग करने के लिए अधिक ऊर्जा चाहिए, जैसे पानी के अणुओं के बीच मौजूद हाइड्रोजन बंधों को तोड़ने के लिए। इसलिए वे कमजोर बलों वाले अणुओं की तुलना में अधिक तापमान पर उबलते हैं।

एंटोनी समीकरण का सूत्र

कैलकुलेटर एंटोनी समीकरण का उपयोग करता है। यह सूत्र किसी द्रव के वाष्प दाब और उसके तापमान के बीच संबंध बताता है:

log₁₀(P) = A − B / (T + C)

P पारे के मिलीमीटर (mmHg) में वाष्प दाब है। T डिग्री सेल्सियस में तापमान है। A, B और C प्रत्येक पदार्थ के लिए विशिष्ट नियतांक हैं, जिन्हें प्रयोगशाला में माप के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

चुने गए दाब पर क्वथनांक ज्ञात करने के लिए समीकरण को T के लिए पुनर्व्यवस्थित किया जाता है:

T = B / (A − log₁₀(P)) − C

प्रत्येक पदार्थ के नियतांक केवल एक विशिष्ट तापमान सीमा के भीतर सटीक होते हैं, जो आमतौर पर वही सीमा होती है जिसमें उनका मापन किया गया था। उस सीमा के बाहर समीकरण के अनुमान अविश्वसनीय हो जाते हैं, इसलिए कैलकुलेटर ऐसे परिणाम को चिह्नित करता है जो किसी पदार्थ की परीक्षित सीमा से बाहर आता है।

क्वथनांक की गणना कैसे करें

1. पानी, इथेनॉल या टोल्यून जैसे किसी पदार्थ को चुनें, या किसी अन्य द्रव के लिए A, B और C के कस्टम नियतांक दर्ज करें।
2. दाब दर्ज करें और उसकी इकाई चुनें: atm, mmHg, kPa, psi या bar।
3. उत्तर के लिए इकाई चुनें: सेल्सियस, फ़ारेनहाइट या केल्विन।
4. गणना किया गया क्वथनांक पढ़ें। कैलकुलेटर दाब-तापमान वक्र भी बनाता है और उस पर परिणाम को चिह्नित करता है।

हल किया हुआ उदाहरण

अधिक ऊँचाई पर पानी

5,000 फ़ीट (1,500 मी) की ऊँचाई पर वायुमंडलीय दाब लगभग 0.83 atm, या 630.8 mmHg होता है। पानी के एंटोनी नियतांकों (A = 8.07131, B = 1730.63, C = 233.426) का उपयोग करने पर:

log₁₀(630.8) = 2.800 T = 1730.63 / (8.07131 − 2.800) − 233.426 = 94.9 °से॰ (202.8°F)

यह समुद्र तल के 100 °से॰ के क्वथनांक से लगभग 5 °से॰ कम है। समुद्र तल पर पानी को निश्चित संख्या में मिनट तक उबालने वाली रेसिपी के लिए इस ऊँचाई पर अधिक समय चाहिए, क्योंकि पानी अधिक ठंडा होता है।

कम दाब में इथेनॉल का आसवन

0.5 atm, या 380 mmHg, पर इथेनॉल का आसवन करने पर, इसके नियतांकों (A = 8.20417, B = 1642.89, C = 230.3) के साथ, परिणाम मिलता है:

log₁₀(380) = 2.580 T = 1642.89 / (8.20417 − 2.580) − 230.3 = 61.8 °से॰ (143.2°F)

इथेनॉल सामान्यतः 78 °से॰ पर 1 atm में उबलता है। कम दाब में इसे कम तापमान पर उबालने से कम ऊर्जा लगती है और आसवन के दौरान ऊष्मा-संवेदी मिश्रणों के झुलसने का जोखिम घटता है।

टोल्यून का निर्वात आसवन

प्रयोगशाला का निर्वात पंप दाब को 50 mmHg, यानी लगभग 0.066 atm तक कम कर सकता है। टोल्यून के नियतांकों (A = 6.95464, B = 1344.8, C = 219.482) के साथ:

log₁₀(50) = 1.699 T = 1344.8 / (6.95464 − 1.699) − 219.482 = 36.4 °से॰ (97.5°F)

टोल्यून सामान्यतः 111 °से॰ पर 1 atm में उबलता है। निर्वात में यह केवल 36.4 °से॰ पर उबलता है, जिससे रसायनज्ञ उन ऊष्मा-संवेदी यौगिकों को शुद्ध कर सकते हैं जिन्हें अधिक ऊष्मा विघटित कर देती।

क्वथनांक की गणनाओं का उपयोग कहाँ होता है

रासायनिक और औषधीय संयंत्र इनका उपयोग आसवन की योजना बनाने के लिए करते हैं। आसवन अलग-अलग क्वथनांकों के कारण द्रवों को अलग करने की प्रक्रिया है। ऊँचाई पर रसोइए रेसिपी में बदलाव करते हैं, क्योंकि वहाँ पानी कम तापमान पर उबलता है। प्रशीतन इंजीनियर कार्य-दाबों पर उनके क्वथनांक को ध्यान में रखकर, आंशिक रूप से, प्रशीतक चुनते हैं। निर्वात भट्ठियाँ और फ्रीज़-ड्रायर भी इसी सिद्धांत का उपयोग करते हैं: दाब कम करने से किसी पदार्थ से पानी हटाने के लिए आवश्यक तापमान कम हो जाता है।

एंटोनी समीकरण बनाम अन्य विधियाँ

एंटोनी समीकरण अधिक मूलभूत संबंध, क्लॉसियस-क्लैपेयरॉन समीकरण, का सरलीकृत रूप है। इसमें किसी पदार्थ की वाष्पीकरण ऊष्मा जैसे अतिरिक्त आँकड़ों की आवश्यकता होती है। वैग्नर समीकरण अधिक विस्तृत तापमान सीमाओं को शामिल करता है, लेकिन इसके लिए अधिक नियतांक चाहिए। NIST भाप सारणियाँ पानी के लिए अत्यंत सटीक मान देती हैं, लेकिन किसी अन्य पदार्थ को शामिल नहीं करतीं। सामान्य द्रवों पर रोज़मर्रा और इंजीनियरिंग की अधिकांश गणनाओं के लिए एंटोनी समीकरण सरलता और सटीकता के बीच अच्छा संतुलन देता है और अपनी परीक्षित सीमा के भीतर आमतौर पर मापे गए मानों से 1–2% के अंदर रहता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

मैं किसी द्रव का क्वथनांक कैसे निकालूँ?

पदार्थ के एंटोनी नियतांक (A, B और C) खोजें और T = B / (A − log₁₀(P)) − C का उपयोग करें, जिसमें दाब P mmHg में हो। सामान्य पदार्थों के लिए कैलकुलेटर यह काम अपने-आप करता है, या उपयोगकर्ता द्वारा दर्ज किए गए किसी भी कस्टम नियतांक-समुच्चय के लिए करता है।

मानक दाब पर पानी का क्वथनांक क्या है?

समुद्र तल पर मानक वायुमंडलीय दाब 1 atm, या 760 mmHg, पर पानी 100 °से॰ (212°F) पर उबलता है।

अधिक ऊँचाई पर पानी कम तापमान पर क्यों उबलता है?

ऊँचाई बढ़ने पर वायुदाब घटता है। कम दाब का अर्थ है कि पानी का वाष्प दाब आसपास के दाब तक कम तापमान पर ही पहुँच जाता है। मोटे तौर पर, ऊँचाई में प्रत्येक 285 मीटर (935 फ़ीट) की वृद्धि पर क्वथनांक लगभग 1 °से॰ घटता है।

अलग-अलग द्रव अलग-अलग तापमान पर क्यों उबलते हैं?

क्वथनांक इस बात पर निर्भर करता है कि द्रव के अणु एक-दूसरे को कितनी मजबूती से आकर्षित करते हैं। प्रबल अंतराअणुक बलों वाले पदार्थों, जैसे पानी में हाइड्रोजन बंधों, को तोड़ने और उबलने के लिए अधिक ऊष्मीय ऊर्जा चाहिए। इसलिए उनका क्वथनांक हेक्सेन जैसे कमजोर बलों वाले पदार्थों से अधिक होता है।

क्या एंटोनी समीकरण मिश्रणों पर लागू होता है?

नहीं। यह केवल शुद्ध पदार्थों पर लागू होता है। मिश्रणों के लिए रॉल्ट का नियम या गतिविधि-गुणांक मॉडल जैसे अलग उपकरण चाहिए, क्योंकि प्रत्येक घटक दूसरे घटकों के वाष्प दाब को बदलता है।

एंटोनी समीकरण कितना सटीक है?

किसी पदार्थ की परीक्षित तापमान सीमा के भीतर यह आमतौर पर मापे गए क्वथनांकों से 1–2% के भीतर मेल खाता है। उस सीमा के बाहर या किसी पदार्थ के क्रांतिक बिंदु के पास इसकी सटीकता घट जाती है, इसलिए सूचीबद्ध सीमा से बाहर आने वाले परिणाम को सावधानी से देखना चाहिए।