FIERBERE: CONCEPT, TIPURI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Fierbere este modificarea stării sau a unei faze lichide în stare gazoasă. Apare atunci când un lichid este încălzit până la punctul său de fierbere: temperatura la care presiunea de vapori a lichidului este egală cu presiunea atmosferică care se exercită pe suprafața lichidului.

În general, la fierbere, căldura este furnizată în partea inferioară a recipientului care conține lichidul. Începe formarea de bule care cresc în volum pe măsură ce se ridică spre suprafața lichidului, deoarece presiunea asupra lor scade odată cu creșterea.

Când un lichid fierbe, se spune că a atins punctul de fierbere. Sursa: Pixabay.

Când lichidul încălzit este apă, bulele conțin vapori de apă; adică conțin deja apă în stare gazoasă. În plus, bulele sunt distribuite pe tot volumul lichidului. Temperatura de fierbere a apei este în jur de 100ºC, la o presiune de 1 atm (760 mmHg).

Pentru a produce schimbarea stării de la faza lichidă la cea gazoasă, este necesară furnizarea de energie (entalpie de vaporizare). În timp ce apare fierberea, temperatura apei rămâne constantă la 100 ºC, deoarece energia termică se pierde pe măsură ce moleculele de apă lichide ies ca vapori de apă.

Tipuri de fierbere

Există două tipuri principale de fierbere: fluxul de căldură nucleat și critic.

În fierberea nucleatului, se formează bule cu volum mic în diferite locuri din volumul lichidului.

Formarea bulelor se observă după creșterea temperaturii

Între timp, în fluxul de căldură critic apare fierberea atunci când suprafața în care se furnizează căldură pentru a provoca fierberea, se încălzește peste o valoare critică a temperaturii, formând un strat de vapori pe suprafață.

Punct de fierbere

Factorii care determină punctul de fierbere

Presiune atmosferică

O creștere a presiunii atmosferice determină o creștere a punctului de fierbere, deoarece este necesară creșterea presiunii vaporilor de apă pentru a egaliza presiunea atmosferică. Pentru a realiza acest lucru, temperatura apei trebuie crescută, necesitând o cheltuială calorică mai mare.

Dimpotrivă, atunci când presiunea atmosferică scade, cum ar fi la un munte de mare altitudine deasupra nivelului mării, punctul de fierbere scade, deoarece este necesară o presiune mai mică a vaporilor care să fie egală cu presiunea atmosferică.

Forte intermoleculare

Moleculele în soluție au mai multe tipuri de interacțiuni, inclusiv: forțele de dispersie sau Londra, forțele dipol-dipol și legături de hidrogen. Cu cât amploarea acestor forțe este mai mare, cu atât punctul de fierbere este mai mare.

Energia de căldură este necesară pentru a rupe interacțiunea dintre molecule, astfel încât acestea să poată avea suficientă energie pentru fierbere. De exemplu: metil eter (C ₂ H ₆ O) are un punct de fierbere de 25 ° C, în timp ce etil eter (C ₄ H ₁₀ O) are un punct de fierbere de 78,5 ° C

Diferența dintre punctele de fierbere, deși are structuri chimice similare, se explică deoarece eterul etilic are o masă moleculară mai mare; Ambele formează legături de hidrogen, dar forțele dispersive din C ₄ H ₁₀ O sunt mai puternice decât în ​​C ₂ H ₆ O.

Diferența dintre fierbere și evaporare

Fierberea are originea în lichidul din apropierea sursei de căldură, apoi se răspândește pe tot volumul lichidului. Se vede în această ilustrație:

Între timp, evaporarea este un fenomen al suprafeței lichide.

Evaporarea are loc atunci când o moleculă a lichidului din interfața aer-lichid are suficientă energie pentru a depăși tensiunea superficială exercitată asupra acesteia; deci scapă de sinusul lichidului și trece în faza gazoasă.

Evaporarea poate apărea la orice temperatură, dar posibilitatea apariției acesteia crește odată cu temperatura. În imaginea următoare puteți vedea apa care se evaporă din pământ:

Exemple de fierbere

Sterilizarea cu abur

Se realizează în echipament numit autoclav, care are capacitatea de a genera presiuni ridicate exercitate de vaporii de apă, care nu este în stare să scape. De asemenea, există o creștere a punctului de fierbere a apei, ceea ce îi permite să atingă temperaturi peste 100 ºC.

În autoclav, sunt sterilizate materiale pentru cultura țesuturilor, materiale chirurgicale, materiale utilizate în laboratoare, medii de cultură etc. Condițiile utilizate pentru sterilizare în autoclav sunt: ​​15 kilograme de presiune, temperatura de 121 ºC și o durată de 15 minute.

Gătirea mâncării

Mâncarea se încălzește plasându-l în apă. În timpul gătitului, se folosesc temperaturi care egalează punctul de fierbere al apei (100 ºC). Mâncarea este încălzită, în perioada indicată de experiență, pentru a atinge condițiile optime pentru ingestie.

Mâncarea chineză folosește fierberea și aburirea minime pentru a păstra culoarea, textura și aroma alimentelor. Tipul de gătit cunoscut sub denumirea de simmer utilizează temperaturi sub punctul de fierbere. Mâncarea de gătit este de asemenea folosită cu abur.

Oala sub presiune

Plita sub presiune este folosită în prepararea alimentelor. Funcționarea sa se bazează pe capacitatea sa de a limita evacuarea vaporilor de apă produși în atmosferă, ceea ce generează o creștere a presiunii interne.

Creșterea presiunii exercitate pe suprafața lichidului din vas se traduce printr-o creștere a punctului de fierbere și atinge temperaturi peste 100 ºC. Acest lucru reduce timpul de gătire și, prin urmare, economisește consumul de combustibil.

Disiparea căldurii

Apa este fiartă pe suprafețe hidrofile pentru a răci reactoarele nucleare și dispozitivele electronice de mare putere, prevenind astfel supraîncălzirea. Pentru a ajunge la punctul de fierbere și a fierbe, apa trebuie să ia căldură din împrejurimile sale și aceasta produce o scădere a temperaturii sale.

Determinarea masei molare a solutilor

Creșterea punctului de fierbere al apei este o proprietate coligativă; și, prin urmare, depinde de concentrația solutului dizolvat. Cunoscându-l, poate fi estimată masa molară a solutului. Cu toate acestea, există metode mai precise, precum spectrometria de masă, care este încă o metodă utilă.

Industria zahărului

La rafinarea zahărului din trestie pentru producerea zahărului cristalin, sucul de trestie este fiert, iar temperatura pe care o atinge depinde de concentrația zahărului din ea.

Creșterea punctului de fierbere al sucului de trestie este o măsură a concentrației de zahăr din soluție. Aceasta este informația importantă pentru a realiza cristalizarea zahărului.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (26 septembrie 2019). Definirea fierberii în chimie. Recuperat de la: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Punct de fierbere. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29 septembrie 2019). Fierbere. Recuperat din: chem.libretexts.org
5. Fierbere. Recuperat din: chem.purdue.edu
6. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (19 mai 2015). Fierbere. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
7. Prof. Sofía Gutiérrez de Gamboa. (2008). Sterilizarea prin căldură umană. . Recuperat din: ucv.ve
8. Universitatea Purdue. (30 aprilie 2018). Suprafețele hidrofugate pot fierbe eficient apa, menținând electronica la rece. ScienceDaily. Recuperat de la: sciencedaily.com
9. Brennan, John. (2019). Utilizări ale ridicării punctului de fierbere. sciencing.com. Recuperat de la: știința.com