Kalkulator Titik Didih | Alat Persamaan Antoine

Apakah kalkulator takat didih?

Kalkulator takat didih menentukan suhu apabila cecair bertukar menjadi gas pada tekanan yang dipilih. Ia berfungsi untuk air dan cecair tulen lain menggunakan formula yang dipanggil persamaan Antoine. Masukkan bahan dan tekanan, lalu kalkulator mengembalikan suhu apabila cecair itu mendidih.

Bagaimana tekanan mengubah takat didih

Cecair mendidih apabila tekanan wapnya, iaitu tekanan gas yang keluar dari permukaannya, menyamai tekanan udara atau gas di atasnya. Kurangkan tekanan luar, maka cecair memerlukan kurang haba untuk mencapai keseimbangan itu, lalu mendidih pada suhu yang lebih rendah. Tingkatkan tekanan, maka cecair memerlukan lebih banyak haba, lalu mendidih pada suhu yang lebih tinggi.

Inilah sebabnya air mendidih pada 100 °C (212°F) di aras laut, apabila tekanan atmosfera piawai ialah 1 atm (760 mmHg), tetapi mendidih pada suhu di bawah 100 °C di gunung, tempat udaranya lebih nipis. Hal ini juga menjelaskan sebab periuk tekanan memasak makanan dengan lebih cepat. Wap yang terperangkap meningkatkan tekanan di dalam periuk, yang meningkatkan takat didih air, lalu makanan masak pada suhu yang lebih tinggi berbanding dalam periuk terbuka.

Takat didih juga bergantung pada bahan itu sendiri. Molekul yang disatukan oleh daya yang kuat, seperti ikatan hidrogen antara molekul air, memerlukan lebih banyak tenaga untuk dipisahkan, lalu mendidih pada suhu yang lebih tinggi berbanding molekul yang mempunyai daya lebih lemah.

Formula persamaan Antoine

Kalkulator menggunakan persamaan Antoine, iaitu formula yang menghubungkan tekanan wap cecair dengan suhunya:

log₁₀(P) = A − B / (T + C)

P ialah tekanan wap dalam milimeter merkuri (mmHg). T ialah suhu dalam darjah Celsius. A, B dan C ialah pemalar khusus bagi setiap bahan, yang ditentukan melalui pengukuran makmal.

Untuk mencari takat didih pada tekanan yang dipilih, persamaan itu disusun semula untuk mencari T:

T = B / (A − log₁₀(P)) − C

Pemalar bagi setiap bahan hanya tepat dalam julat suhu tertentu, biasanya julat yang digunakan semasa pengukurannya. Di luar julat itu, ramalan persamaan menjadi tidak boleh dipercayai, jadi kalkulator menandai sebarang keputusan yang berada di luar julat yang diuji bagi sesuatu bahan.

Cara mengira takat didih

1. Pilih bahan seperti air, etanol atau toluena, atau masukkan pemalar A, B dan C tersuai bagi cecair lain.
2. Masukkan tekanan dan pilih unitnya: atm, mmHg, kPa, psi atau bar.
3. Pilih unit bagi jawapan: Celsius, Fahrenheit atau Kelvin.
4. Baca takat didih yang dikira. Kalkulator itu juga memplot lengkung tekanan-suhu dan menandakan keputusan padanya.

Contoh pengiraan

Air pada altitud tinggi

Pada 5,000 kaki (1,500 m), tekanan atmosfera kira-kira 0.83 atm, atau 630.8 mmHg. Menggunakan pemalar Antoine bagi air (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)

Nilai itu kira-kira 5 °C lebih rendah daripada takat didih air di aras laut, iaitu 100 °C. Resipi yang menetapkan air dididihkan selama beberapa minit di aras laut memerlukan masa yang lebih lama pada altitud ini kerana airnya lebih sejuk.

Penyulingan etanol pada tekanan dikurangkan

Penyulingan etanol pada 0.5 atm, atau 380 mmHg, dengan pemalarnya (A = 8.20417, B = 1642.89, C = 230.3), memberikan:

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

Etanol biasanya mendidih pada 78 °C pada 1 atm. Mendidihkannya pada suhu yang lebih rendah di bawah tekanan dikurangkan menggunakan kurang tenaga dan mengurangkan risiko campuran yang sensitif terhadap haba menjadi hangus semasa penyulingan.

Penyulingan vakum toluena

Pam vakum makmal boleh menurunkan tekanan kepada 50 mmHg, kira-kira 0.066 atm. Dengan pemalar toluena (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)

Toluena biasanya mendidih pada 111 °C pada 1 atm. Dalam vakum, ia mendidih pada hanya 36.4 °C, membolehkan ahli kimia menulenkan sebatian yang sensitif terhadap haba tanpa haba tinggi yang akan menguraikannya.

Kegunaan pengiraan takat didih

Loji kimia dan farmaseutikal menggunakannya untuk merancang penyulingan, iaitu proses mengasingkan cecair berdasarkan takat didihnya yang berbeza. Tukang masak melaraskan resipi di altitud tinggi kerana air mendidih pada suhu yang lebih rendah di situ. Jurutera penyejukan memilih bahan pendingin sebahagiannya berdasarkan takat didihnya pada tekanan operasi. Ketuhar vakum dan pengering beku menggunakan prinsip yang sama: menurunkan tekanan mengurangkan suhu yang diperlukan untuk menyingkirkan air daripada sesuatu bahan.

Persamaan Antoine berbanding kaedah lain

Persamaan Antoine ialah versi ringkas bagi hubungan yang lebih asas, iaitu persamaan Clausius-Clapeyron, yang memerlukan data tambahan seperti haba pengewapan sesuatu bahan. Persamaan Wagner meliputi julat suhu yang lebih luas tetapi memerlukan lebih banyak pemalar. Jadual stim NIST memberikan nilai yang sangat tepat untuk air tetapi tidak meliputi bahan lain. Bagi kebanyakan pengiraan harian dan kejuruteraan untuk cecair biasa, persamaan Antoine memberikan keseimbangan yang baik antara kesederhanaan dan ketepatan, biasanya dalam lingkungan 1–2% daripada nilai yang diukur dalam julat yang diuji.

Soalan lazim

Bagaimanakah takat didih cecair dikira?

Cari pemalar Antoine bahan tersebut (A, B dan C) dan gunakan T = B / (A − log₁₀(P)) − C, dengan tekanan P dalam mmHg. Kalkulator melakukan pengiraan ini secara automatik untuk bahan biasa atau bagi mana-mana set pemalar tersuai yang dimasukkan oleh pengguna.

Apakah takat didih air pada tekanan piawai?

Air mendidih pada 100 °C (212°F) pada 1 atm, atau 760 mmHg, iaitu tekanan atmosfera piawai di aras laut.

Mengapakah air mendidih pada suhu yang lebih rendah di altitud tinggi?

Tekanan udara menurun apabila altitud meningkat. Tekanan yang lebih rendah bermakna tekanan wap air menyamai tekanan sekeliling lebih awal, pada suhu yang lebih rendah. Sebagai panduan kasar, takat didih menurun kira-kira 1 °C bagi setiap 285 meter (935 kaki) pertambahan ketinggian.

Mengapakah cecair yang berbeza mendidih pada suhu yang berbeza?

Takat didih bergantung pada kekuatan tarikan antara molekul cecair. Bahan dengan daya antara molekul yang kuat, seperti ikatan hidrogen dalam air, memerlukan lebih banyak tenaga haba untuk memutuskan ikatan tersebut dan mendidih, lalu mempunyai takat didih yang lebih tinggi berbanding bahan dengan daya yang lebih lemah, seperti heksana.

Adakah persamaan Antoine berfungsi untuk campuran?

Tidak. Persamaan ini hanya terpakai pada bahan tulen. Campuran memerlukan kaedah lain, seperti hukum Raoult atau model pekali aktiviti, kerana setiap komponen mengubah tekanan wap komponen lain.

Sejauh manakah ketepatan persamaan Antoine?

Dalam julat suhu yang diuji bagi sesuatu bahan, persamaan ini biasanya sepadan dengan takat didih yang diukur dalam lingkungan 1–2%. Di luar julat itu atau berhampiran titik genting bahan, ketepatannya menurun, jadi keputusan di luar julat yang disenaraikan hendaklah ditafsirkan dengan berhati-hati.