Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Kookpunt begrijpen
- Kookpunt berekenen
- waarschuwingen
- Vergelijkingen voor het berekenen van kookpunt
- Kookpunt schatten
- Kookpunt bepalen met behulp van nomografen
- Online rekenmachines gebruiken
- Grafieken en tabellen gebruiken
"Een bekeken pot kookt nooit" lijkt misschien de ultieme waarheid bij het koken, maar onder de juiste omstandigheden kookt de pot zelfs sneller dan verwacht. Of het nu gaat om kamperen of chemie, het kookpunt voorspellen kan een uitdaging zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het bepalen van het kookpunt op basis van druk kan worden bereikt met behulp van vergelijkingen, schattingen, nomografen, on-line rekenmachines, tabellen en grafieken.
Kookpunt begrijpen
Koken treedt op wanneer de dampdruk van een vloeistof gelijk is aan de luchtdruk van de atmosfeer boven de vloeistof. Op zeeniveau kookt water bijvoorbeeld bij 100 ° C (212 ° F). Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de hoeveelheid atmosfeer boven de vloeistof af, zodat de kooktemperatuur van de vloeistof afneemt. In het algemeen geldt dat hoe lager de atmosferische druk, hoe lager de kooktemperatuur van een vloeistof. Naast atmosferische druk, beïnvloedt de moleculaire structuur en aantrekking tussen de moleculen van de vloeistof het kookpunt. Vloeistoffen met zwakke intermoleculaire bindingen koken in het algemeen bij lagere temperaturen dan vloeistoffen met sterke intermoleculaire bindingen.
Kookpunt berekenen
Het kookpunt berekenen op basis van druk kan worden gedaan met behulp van verschillende formules. Deze formules variëren in complexiteit en nauwkeurigheid. Over het algemeen zijn eenheden in deze berekeningen in het metrische of System International (SI) -systeem, wat resulteert in temperaturen in graden Celsius (OC). Omzetten naar Fahrenheit (OF), gebruik de conversie T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, waarbij T temperatuur betekent. Wat betreft atmosferische druk heffen de drukeenheden op, dus welke eenheden worden gebruikt, of mmHg, bars, psi of een andere eenheid, minder belangrijk is dan ervoor te zorgen dat alle drukmetingen dezelfde eenheden zijn.
Eén formule voor het berekenen van het kookpunt van water gebruikt het bekende kookpunt op zeeniveau, 100 ° C, de atmosferische druk op zeeniveau en de atmosferische druk op het tijdstip en de hoogte waar het koken plaatsvindt.
De formule BPcorr = BPobs - (Pobs - 760 mmHg) x 0,045 OC / mmHg kan worden gebruikt om een onbekende kooktemperatuur voor water te vinden.
In deze formule betekent BPcorr kookpunt op zeeniveau, BPobs is de onbekende temperatuur en Pobs betekent de atmosferische druk op de locatie. De waarde 760 mmHg is standaard atmosferische druk in millimeter kwik op zeeniveau en 0,045OC / mmHg is de geschatte verandering in watertemperatuur bij elke millimeter kwikverandering in druk.
Als de atmosferische druk gelijk is aan 600 mmHg en het kookpunt onbekend is bij die druk, dan wordt de vergelijking 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760mmHg) x 0,045 ° C / mmHg.
Het berekenen van de vergelijking geeft 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x 0,045 ° C / mmHg. Vereenvoudigd, 100 ° C = BPobs + 7.2. De eenheden van mmHg heffen elkaar op, waardoor de eenheden in graden Celsius blijven. Opgelost voor het kookpunt bij 600 mmHg, wordt de vergelijking: BPobs = 100 ° C-7,2 ° C = 92,8 ° C. Dus het kookpunt van water bij 600 mmHg, een hoogte van ongeveer 6400 voet boven zeeniveau, zal 92,8 ° C zijn, of 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.
waarschuwingen
Vergelijkingen voor het berekenen van kookpunt
De hierboven gedetailleerde vergelijking gebruikt een bekende relatie tussen druk en temperatuur met een bekende verandering in temperatuur met verandering in druk. Andere methoden voor het berekenen van kookpunten van vloeistoffen op basis van atmosferische druk, zoals de vergelijking van Clausius en Clapeyron, omvatten extra factoren. In de vergelijking van Clausius-Clapeyron bijvoorbeeld, omvat de vergelijking de natuurlijke log (ln) van de startdruk gedeeld door de einddruk, de latente warmte (L) van het materiaal en de universele gasconstante (R). Latente warmte heeft betrekking op de aantrekkingskracht tussen moleculen, een eigenschap van het materiaal dat de verdampingssnelheid beïnvloedt. Materialen met hogere latente hitte hebben meer energie nodig om te koken omdat de moleculen een grotere aantrekkingskracht op elkaar hebben.
Kookpunt schatten
In het algemeen kan een schatting van de daling van het kookpunt voor water worden gemaakt op basis van hoogte. Voor elke 500 voet toename in hoogte daalt het kookpunt van water met ongeveer 0,9 ° F.
Kookpunt bepalen met behulp van nomografen
Een nomograaf kan ook worden gebruikt om de kookpunten van vloeistoffen te schatten. Nomografen gebruiken drie schalen om het kookpunt te voorspellen. Een nomograaf toont een kookpunttemperatuurschaal, een kookpunttemperatuur op zeeniveau-drukschaal en een algemene drukschaal.
Om de nomograaf te gebruiken, verbindt u twee bekende waarden met behulp van een liniaal en leest u de onbekende waarde op de derde schaal. Begin met een van de bekende waarden. Als bijvoorbeeld het kookpunt op zeeniveau bekend is en de barometrische druk bekend is, verbindt u deze twee punten met een liniaal. Uitbreiding van de lijn van de twee verbonden bekende tonen toont wat de kookpunttemperatuur op die hoogte zou moeten zijn. Omgekeerd, als de kookpunttemperatuur bekend is en het kookpunt op zeeniveau bekend is, gebruik dan een liniaal om de twee punten te verbinden, waarbij de lijn wordt verlengd om de barometrische druk te vinden.
Online rekenmachines gebruiken
Verschillende online rekenmachines bieden kookpunttemperaturen op verschillende hoogtes. Veel van deze rekenmachines tonen alleen de relatie tussen atmosferische druk en het kookpunt van water, maar andere tonen extra veel voorkomende verbindingen.
Grafieken en tabellen gebruiken
Grafieken en tabellen met kookpunten van veel vloeistoffen zijn ontwikkeld. In het geval van de tabellen wordt het kookpunt van vloeistoffen weergegeven voor verschillende atmosferische drukken. In sommige gevallen toont de tabel slechts één vloeistof en het kookpunt bij verschillende drukken. In andere gevallen kunnen verschillende vloeistoffen met verschillende drukken worden getoond.
Grafieken tonen kookpuntcurven op basis van temperatuur en barometrische druk. De grafieken gebruiken, net als de nomograaf, bekende waarden om een curve te maken of gebruiken, zoals bij de vergelijking van Clausius-Clapeyron, de natuurlijke log van de druk om een rechte lijn te ontwikkelen. De grafische lijn toont de bekende kookpuntrelaties, gegeven een reeks druk- en temperatuurwaarden. Als u één waarde kent, volgt u de waardelijn naar de grafische druk-temperatuurlijn en draait u vervolgens naar de andere as om de onbekende waarde te bepalen.