- Tipi di ebollizione
- Punto di ebollizione
- Fattori che determinano il punto di ebollizione
- Pressione atmosferica
- Forze intermolecolari
- Differenza tra ebollizione ed evaporazione
- Esempi di ebollizione
- Sterilizzazione a vapore
- Cucinare il cibo
- Pentola a pressione
- Dissipazione di calore
- Determinazione della massa molare dei soluti
- Industria dello zucchero
- Riferimenti
L' ebollizione è il cambiamento di stato o una fase liquida allo stato gassoso. Si verifica quando un liquido viene riscaldato fino al suo punto di ebollizione: la temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido è uguale alla pressione atmosferica che viene esercitata sulla superficie del liquido.
In generale, nella bollitura il calore viene fornito nella parte inferiore del contenitore che contiene il liquido. Inizia la formazione di bolle che aumentano di volume man mano che salgono verso la superficie del liquido, perché la pressione su di esse diminuisce man mano che salgono.
Quando un liquido bolle, si dice che abbia raggiunto il punto di ebollizione. Fonte: Pixabay.
Quando il liquido che viene riscaldato è acqua, le bolle contengono vapore acqueo; cioè contengono già acqua allo stato gassoso. Inoltre, le bolle sono distribuite in tutto il volume del liquido. La temperatura di ebollizione dell'acqua è di circa 100ºC, ad una pressione di 1 atm (760 mmHg).
Per produrre il passaggio di stato dalla fase liquida a quella gassosa è necessario fornire energia (entalpia di vaporizzazione). Durante l'ebollizione, la temperatura dell'acqua rimane costante a 100 ºC, poiché l'energia termica viene persa quando le molecole di acqua liquida escono sotto forma di vapore acqueo.
Tipi di ebollizione
Esistono due tipi principali di ebollizione: flusso di calore nucleato e critico.
Nell'ebollizione nucleata, si formano bolle di piccolo volume in punti diversi del volume del liquido.
La formazione di bolle si osserva dopo l'aumento della temperatura
Nel frattempo, in un flusso di calore critico, l'ebollizione si verifica quando la superficie in cui viene fornito il calore per dare origine all'ebollizione, si riscalda al di sopra di un valore di temperatura critico, formando uno strato di vapore sulla superficie.
Punto di ebollizione
Fattori che determinano il punto di ebollizione
Pressione atmosferica
Un aumento della pressione atmosferica comporta un aumento del punto di ebollizione, poiché è necessario aumentare la pressione del vapore acqueo per equalizzare la pressione atmosferica. Per ottenere ciò, la temperatura dell'acqua deve essere aumentata, rendendo necessario un maggiore dispendio calorico.
Al contrario, quando la pressione atmosferica diminuisce, come avviene in una montagna ad alta quota sul livello del mare, il punto di ebollizione diminuisce, poiché è richiesta una tensione di vapore inferiore a quella pari alla pressione atmosferica.
Forze intermolecolari
Le molecole in soluzione hanno diversi tipi di interazioni, tra cui: forze di dispersione o di Londra, forze dipolo-dipolo e legami idrogeno. Maggiore è l'entità di queste forze, maggiore è il punto di ebollizione.
L'energia termica è necessaria per interrompere l'interazione tra le molecole in modo che possano avere abbastanza energia per l'ebollizione. Ad esempio: l'etere metilico (C 2 H 6 O) ha un punto di ebollizione di 25 ° C, mentre l'etere etilico (C 4 H 10 O) ha un punto di ebollizione di 78,5 ° C.
La differenza tra i punti di ebollizione, pur avendo strutture chimiche simili, è spiegata perché l'etere etilico ha una massa molecolare maggiore; Entrambi formano legami idrogeno, ma le forze dispersive in C 4 H 10 O sono più forti che in C 2 H 6 O.
Differenza tra ebollizione ed evaporazione
L'ebollizione ha origine nel liquido vicino alla fonte di calore, diffondendosi poi in tutto il volume del liquido. Si vede in questa illustrazione:
Nel frattempo, l'evaporazione è un fenomeno della superficie del liquido.
L'evaporazione si verifica quando una molecola del liquido all'interfaccia aria-liquido ha energia sufficiente per vincere la tensione superficiale esercitata su di essa; quindi fuoriesce dal seno del liquido e passa nella fase gassosa.
L'evaporazione può avvenire a qualsiasi temperatura, ma la possibilità che si verifichi aumenta con la temperatura. Nell'immagine seguente puoi vedere l'acqua che evapora dal terreno:
Esempi di ebollizione
Sterilizzazione a vapore
Viene eseguito in un'apparecchiatura chiamata autoclave, che ha la capacità di generare alte pressioni esercitate dal vapore acqueo, che non è in grado di fuoriuscire. Allo stesso modo, si verifica un aumento del punto di ebollizione dell'acqua, che le consente di raggiungere temperature superiori a 100 ºC.
Nell'autoclave vengono sterilizzati materiali per colture di tessuti, materiali chirurgici, materiali per uso in laboratorio, terreni di coltura, ecc. Le condizioni utilizzate per la sterilizzazione in autoclave sono: 15 libbre di pressione, temperatura di 121 ºC e una durata di 15 minuti.
Cucinare il cibo
Il cibo viene riscaldato mettendolo in acqua. Durante la sua cottura vengono utilizzate temperature pari al punto di ebollizione dell'acqua (100 ºC). Il cibo viene riscaldato, durante il tempo che l'esperienza indica, per raggiungere le condizioni ottimali per l'ingestione.
Il cibo cinese utilizza una quantità minima di bollitura e cottura a vapore per preservare il colore, la consistenza e il sapore del cibo. Il tipo di cottura noto come simmer utilizza temperature inferiori al punto di ebollizione. La cottura del cibo viene utilizzata anche utilizzando il vapore.
Pentola a pressione
La pentola a pressione viene utilizzata nella cottura dei cibi. Il suo funzionamento si basa sulla sua capacità di limitare la fuoriuscita del vapore acqueo prodotto in atmosfera, che genera un aumento della pressione interna.
L'aumento della pressione esercitata sulla superficie del liquido nella pentola si traduce in un aumento del punto di ebollizione e raggiunge temperature superiori ai 100 ºC. Ciò riduce il tempo di cottura e quindi consente di risparmiare sul consumo di carburante.
Dissipazione di calore
L'acqua viene fatta bollire su superfici idrofile per raffreddare reattori nucleari e dispositivi elettronici ad alta potenza, prevenendo così il loro surriscaldamento. Per raggiungere il punto di ebollizione e bollire, l'acqua deve prendere calore dall'ambiente circostante e questo produce un abbassamento della sua temperatura.
Determinazione della massa molare dei soluti
L'aumento del punto di ebollizione dell'acqua è una proprietà colligativa; e quindi dipendente dalla concentrazione del soluto disciolto. Sapendolo, è possibile stimare la massa molare del soluto. Tuttavia, esistono metodi più precisi, come la spettrometria di massa, che è ancora un metodo utile.
Industria dello zucchero
Nella raffinazione dello zucchero di canna per la produzione di zucchero cristallino, il succo di canna viene bollito e la temperatura che raggiunge dipende dalla concentrazione dello zucchero in esso contenuto.
L'elevazione del punto di ebollizione del succo di canna è una misura della concentrazione di zucchero nella soluzione. Questa è un'informazione importante per ottenere la cristallizzazione dello zucchero.
Riferimenti
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