Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn về điểm sôi: Tại sao chất lỏng sôi ở nhiệt độ khác nhau dưới áp suất khác nhau?
Khi đun nước trong bếp, có thể chúng ta không nghĩ rằng nhiệt độ sôi của nước bị ảnh hưởng bởi áp suất xung quanh. Điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn là 100°C, nhưng dữ liệu này thay đổi ở các áp suất xung quanh khác nhau. Ví dụ, nhiệt độ sôi của nước giảm khi chúng ta ở độ cao lớn, đó là một lý do tại sao việc nấu nướng lại đặc biệt quan trọng khi leo núi.
Điểm sôi là nhiệt độ tại đó chất lỏng chuyển thành chất khí khi áp suất hơi của nó đạt bằng áp suất xung quanh.
Trong môi trường áp suất thấp, nhiệt độ sôi của chất lỏng giảm. Ví dụ, ở độ cao khoảng 1905 m, nhiệt độ sôi của nước giảm xuống 93,4°C. Điều này là do ở độ cao đó, áp suất khí quyển giảm, áp suất hơi của nước đạt đến áp suất đó dễ dàng hơn và do đó nước bắt đầu sôi dễ dàng hơn.
Mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi và áp suất môi trường
Điểm sôi của chất lỏng tăng khi áp suất xung quanh tăng. Khi áp suất tăng, áp suất hơi cần thiết của chất lỏng tăng và do đó nhiệt độ sôi tăng. Hiện tượng này có thể thấy rõ ở nồi áp suất, nơi áp suất bên trong cao hơn nhiều so với áp suất khí quyển bên ngoài, điều này cho phép chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn.
Sự khác biệt giữa bay hơi nhiệt và sôi là ở chỗ bay hơi là hiện tượng xảy ra trên bề mặt chất lỏng, trong khi quá trình sôi diễn ra khắp chất lỏng.
Trong quá trình sôi, chất lỏng tạo ra các bọt khí hình thành khắp chất lỏng và nổi lên trên bề mặt tạo thành sự sôi. Sự bay hơi nhiệt là quá trình trong đó các phân tử trên bề mặt chất lỏng thoát ra ngoài khi nhiệt độ tăng lên. Quá trình này cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.
Nhiệt độ và áp suất bão hòa
Nhiệt độ bão hòa của chất lỏng là nhiệt độ sôi mà nó có thể đạt được ở áp suất bão hòa tương ứng. Nói một cách đơn giản, một chất lỏng, trong những điều kiện cụ thể, có thể được coi là “bão hòa”, nghĩa là nếu có thêm năng lượng nhiệt đầu vào, chất lỏng sẽ bắt đầu sôi. Ở độ cao lớn, áp suất bão hòa giảm và do đó nhiệt độ bão hòa cũng giảm theo.
Theo các tiêu chuẩn khác nhau, điểm sôi thông thường của nước là 100 °C (212 °F) và điểm sôi thực tế ở 1 atm là 99,97 °C (211,9 °F).
Điều này có nghĩa là trong các ứng dụng thực tế, phép đo điểm sôi cần được hiệu chỉnh theo áp suất xung quanh tại thời điểm đó. Ví dụ, ở độ cao của đỉnh Everest, nhiệt độ sôi của nước chỉ là 71°C (160°F). Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sự an toàn về nước uống của người leo núi mà còn ảnh hưởng đến thời gian cũng như hiệu quả nấu nướng thức ăn.
Điểm sôi của một hóa chất
Mỗi hóa chất có điểm sôi riêng, một đặc tính có thể được sử dụng để chỉ ra tính dễ bay hơi của chất đó. Nói chung, điểm sôi thấp hơn thường có nghĩa là chất đó dễ bay hơi hơn. Ví dụ, heli có nhiệt độ sôi thấp nhất, trong khi vonfram và thép có nhiệt độ sôi rất cao, trên 5000 K. Đặc tính điểm sôi của các chất này đóng vai trò quan trọng trong nhiều quy trình công nghiệp.
Hiểu được các đặc điểm của điểm sôi và sự biến đổi của nó dưới áp suất và môi trường khác nhau là điều cần thiết cho các lĩnh vực hóa học, vật lý và kỹ thuật.
Tạp chất và điểm sôi
Ngoài ra, trong các dung dịch chứa tạp chất không bay hơi, điểm sôi tăng lên, hiện tượng này được gọi là tăng điểm sôi. Ví dụ, nhiệt độ sôi của nước muối cao hơn nhiệt độ sôi của nước tinh khiết. Đặc tính này rất hữu ích trong các ứng dụng ẩm thực và công nghiệp và có thể ảnh hưởng đến việc thiết kế quy trình.
Kết luận
Hiểu được điểm sôi bị ảnh hưởng như thế nào bởi áp lực môi trường là điều quan trọng không chỉ đối với việc nấu ăn hàng ngày mà còn có ý nghĩa sâu sắc đối với nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghiệp. Có bao nhiêu nguyên lý khoa học thú vị ẩn giấu đằng sau hiện tượng tưởng chừng như bình thường này?
