Viršanas Punkta Kalkulators | Antuāna Vienādojuma Rīks

Kas ir viršanas temperatūras kalkulators?

Viršanas temperatūras kalkulators nosaka temperatūru, kurā šķidrums izvēlētā spiedienā pārvēršas gāzē. Tas darbojas ar ūdeni un citiem tīriem šķidrumiem, izmantojot formulu, ko sauc par Antuāna vienādojumu. Ievadiet vielu un spiedienu, un kalkulators parāda temperatūru, kurā šis šķidrums vārās.

Kā spiediens maina viršanas temperatūru

Šķidrums vārās, kad tā tvaika spiediens — spiediens, ko rada no šķidruma virsmas izplūstošā gāze, — kļūst vienāds ar gaisa vai gāzes spiedienu virs šķidruma. Samazinot ārējo spiedienu, šķidrumam vajadzīgs mazāk siltuma, lai sasniegtu šo līdzsvaru, tāpēc tas vārās zemākā temperatūrā. Palielinot spiedienu, šķidrumam vajadzīgs vairāk siltuma, tāpēc tas vārās augstākā temperatūrā.

Tāpēc jūras līmenī ūdens vārās pie 100 °C (212°F), kur standarta atmosfēras spiediens ir 1 atm (760 mmHg), bet kalnā, kur gaiss ir retāks, tas vārās zem 100 °C. Tas izskaidro arī, kāpēc spiediena katlā ēdiens pagatavojas ātrāk. Noslēgtais tvaiks palielina spiedienu katlā, kas paaugstina ūdens viršanas temperatūru, tāpēc ēdiens tiek gatavots augstākā temperatūrā nekā atvērtā katlā.

Viršanas temperatūra ir atkarīga arī no pašas vielas. Molekulām, kuras kopā satur spēcīgi spēki, piemēram, ūdens molekulu ūdeņraža saitēm, atdalīšanai vajadzīgs vairāk enerģijas, tāpēc tās vārās augstākā temperatūrā nekā molekulas ar vājākiem spēkiem.

Antuāna vienādojuma formula

Kalkulators izmanto Antuāna vienādojumu — formulu, kas saista šķidruma tvaika spiedienu ar tā temperatūru:

log₁₀(P) = A − B / (T + C)

P ir tvaika spiediens dzīvsudraba stabiņa milimetros (mmHg). T ir temperatūra Celsija grādos. A, B un C ir katrai vielai raksturīgas konstantes, kas noteiktas laboratoriskos mērījumos.

Lai noteiktu viršanas temperatūru pie izvēlēta spiediena, vienādojumu pārveido, izsakot T:

T = B / (A − log₁₀(P)) − C

Katras vielas konstantes ir precīzas tikai noteiktā temperatūras diapazonā, parasti tajā diapazonā, kurā tās tika izmērītas. Ārpus šī diapazona vienādojuma prognozes kļūst neuzticamas, tāpēc kalkulators atzīmē rezultātus, kas vielai ir ārpus pārbaudītā diapazona.

Kā aprēķināt viršanas temperatūru

1. Izvēlieties vielu, piemēram, ūdeni, etanolu vai toluolu, vai ievadiet pielāgotas A, B un C konstantes citam šķidrumam.
2. Ievadiet spiedienu un izvēlieties tā mērvienību: atm, mmHg, kPa, psi vai bar.
3. Izvēlieties atbildes mērvienību: Celsija grādi, Fārenheita grādi vai kelvini.
4. Izlasiet aprēķināto viršanas temperatūru. Kalkulators arī attēlo spiediena un temperatūras līkni un atzīmē uz tās iegūto rezultātu.

Atrisināts piemērs

Ūdens lielā augstumā

5 000 pēdu augstumā atmosfēras spiediens ir aptuveni 0,83 atm jeb 630,8 mmHg. Izmantojot ūdens Antuāna konstantes (A = 8,07131, B = 1730,63, C = 233,426):

log₁₀(630,8) = 2,800 T = 1730,63 / (8,07131 − 2,800) − 233,426 = 94,9 °C (202,8°F)

Tas ir aptuveni 5 °C zem ūdens viršanas temperatūras jūras līmenī, kas ir 100 °C. Recepte, kurā noteikts ūdeni vārīt noteiktu minūšu skaitu jūras līmenī, šādā augstumā prasa ilgāku laiku, jo ūdens ir vēsāks.

Etanola destilācija pazeminātā spiedienā

Etanola destilācija pie 0,5 atm jeb 380 mmHg, izmantojot tā konstantes (A = 8,20417, B = 1642,89, C = 230,3), dod:

log₁₀(380) = 2,580 T = 1642,89 / (8,20417 − 2,580) − 230,3 = 61,8 °C (143,2°F)

Etanols parasti vārās pie 78 °C un 1 atm spiediena. Vārot to zemākā temperatūrā pazeminātā spiedienā, tiek patērēts mazāk enerģijas un samazinās risks destilācijas laikā piededzināt karstumjutīgus maisījumus.

Toluola destilācija vakuumā

Laboratorijas vakuumsūknis var pazemināt spiedienu līdz 50 mmHg, kas ir aptuveni 0,066 atm. Izmantojot toluola konstantes (A = 6,95464, B = 1344,8, C = 219,482):

log₁₀(50) = 1,699 T = 1344,8 / (6,95464 − 1,699) − 219,482 = 36,4 °C (97,5°F)

Toluols parasti vārās pie 111 °C un 1 atm spiediena. Vakuumā tas vārās tikai pie 36,4 °C, ļaujot ķīmiķiem attīrīt karstumjutīgus savienojumus bez augstākas temperatūras, kas tos sadalītu.

Kur izmanto viršanas temperatūras aprēķinus

Ķīmiskās un farmaceitiskās rūpnīcas tos izmanto destilācijas plānošanai — šķidrumu atdalīšanai, pamatojoties uz to atšķirīgajām viršanas temperatūrām. Pavāri pielāgo receptes augstienēs, jo tur ūdens vārās zemākā temperatūrā. Aukstuma iekārtu inženieri aukstumaģentus daļēji izvēlas pēc to viršanas temperatūras darba spiedienā. Vakuuma krāsnis un liofilizatori izmanto to pašu principu: pazeminot spiedienu, pazeminās temperatūra, kas vajadzīga ūdens izvadīšanai no materiāla.

Antuāna vienādojums salīdzinājumā ar citām metodēm

Antuāna vienādojums ir vienkāršota fundamentālāka sakarība, ko sauc par Klauziusa–Klapeirona vienādojumu un kam vajadzīgi papildu dati, piemēram, vielas iztvaikošanas siltums. Vāgnera vienādojums aptver plašāku temperatūras diapazonu, bet tam vajadzīgs vairāk konstantu. NIST tvaika tabulas sniedz ļoti precīzas ūdens vērtības, bet neattiecas uz citām vielām. Lielākajai daļai ikdienas un inženiertehnisko aprēķinu ar parastiem šķidrumiem Antuāna vienādojums nodrošina labu vienkāršības un precizitātes līdzsvaru — parasti 1–2% robežās no izmērītajām vērtībām pārbaudītajā diapazonā.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kā aprēķināt šķidruma viršanas temperatūru?

Atrodiet vielas Antuāna konstantes (A, B un C) un izmantojiet T = B / (A − log₁₀(P)) − C, spiedienu P izsakot mmHg. Kalkulators to automātiski izdara biežāk sastopamām vielām vai jebkurai lietotāja ievadītai konstantu kopai.

Kāda ir ūdens viršanas temperatūra standarta spiedienā?

Ūdens vārās pie 100 °C (212°F), ja spiediens ir 1 atm jeb 760 mmHg — tas ir standarta atmosfēras spiediens jūras līmenī.

Kāpēc lielā augstumā ūdens vārās zemākā temperatūrā?

Palielinoties augstumam, gaisa spiediens samazinās. Zemāks spiediens nozīmē, ka ūdens tvaika spiediens apkārtējās vides spiedienu sasniedz ātrāk un zemākā temperatūrā. Aptuvens rādītājs: viršanas temperatūra pazeminās par aptuveni 1 °C uz katriem 285 metriem (935 pēdām) augstuma pieauguma.

Kāpēc dažādi šķidrumi vārās atšķirīgā temperatūrā?

Viršanas temperatūra ir atkarīga no tā, cik spēcīgi šķidruma molekulas savstarpēji pievelkas. Vielām ar spēcīgiem starpmolekulārajiem spēkiem, piemēram, ūdens ūdeņraža saitēm, šo saišu pārraušanai un vārīšanai vajadzīgs vairāk siltumenerģijas, tāpēc tām ir augstāka viršanas temperatūra nekā vielām ar vājākiem spēkiem, piemēram, heksānam.

Vai Antuāna vienādojums darbojas maisījumiem?

Nē. Tas attiecas tikai uz tīrām vielām. Maisījumiem vajadzīgi citi rīki, piemēram, Raula likums vai aktivitātes koeficientu modeļi, jo katrs komponents maina pārējo komponentu tvaika spiedienu.

Cik precīzs ir Antuāna vienādojums?

Vielas pārbaudītajā temperatūras diapazonā tas parasti atbilst izmērītajām viršanas temperatūrām ar precizitāti 1–2%. Ārpus šī diapazona vai tuvu vielas kritiskajam punktam tā precizitāte samazinās, tāpēc pret rezultātu, kas ir ārpus norādītā diapazona, jāizturas piesardzīgi.