10.12: Punto de ebullición

Cuando calentamos un líquido hasta que hierva, las burbujas que se forman dentro del líquido consisten en vapor puro. Si el líquido se agita bien mientras se produce la ebullición, el vapor en las burbujas estará en equilibrio con el líquido y tendrá una presión igual a la presión de vapor a la temperatura de ebullición. Sin embargo, la presión dentro de las burbujas también debe ser igual a la presión externa por encima del líquido. Si esto no fuera así, las burbujas se derrumbarían repentinamente o se expandirían repentinamente. Por lo tanto, se deduce que cuando un líquido hierve, la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa.

Normalmente cuando hervimos un líquido, lo hacemos a presión atmosférica. Si esta presión es la presión estándar de 1 atm (101.3 kPa), entonces la temperatura a la que hierve el líquido se conoce como su punto de ebullición normal. Este es el punto de ebullición que suele citarse en la literatura química. Sin embargo, no todos viven al nivel del mar. Denver, Colorado, por ejemplo, tiene aproximadamente una milla de altura, y la presión atmosférica promedio allí es solo 630 mmHg (84 kPa). Los líquidos alcanzan una presión de vapor de 630 mmHg a una temperatura algo inferior a la requerida para producir 760 mmHg (1 atm). En consecuencia, los líquidos en Denver hierven entre 4 y 5°C más bajos que el punto de ebullición normal. Dado que el punto de ebullición se usa a menudo para identificar un líquido, los químicos que viven a grandes altitudes deben tener cuidado para permitir esta diferencia.

La dependencia del punto de ebullición de la presión externa a menudo puede ser muy útil. Los químicos suelen purificar los líquidos hirviéndolos y recogiendo el vapor, un proceso conocido como destilación. Algunos líquidos tienen puntos de ebullición normales tan altos que comienzan a descomponerse antes de que se pueda llevar a cabo la destilación. Dicho líquido a menudo se puede destilar a presión reducida. La temperatura de ebullición es entonces mucho menor, y el riesgo de descomposición considerablemente menor. El procedimiento inverso se utiliza en una olla a presión. La presión dentro de la olla sellada se acumula hasta que es mayor que la atmosférica, por lo que el agua utilizada para cocinar hierve a una temperatura por encima de su punto de ebullición normal. Por lo tanto, la cocción avanza más rápidamente.

El siguiente video resalta la idea de que el punto de ebullición depende tanto de la temperatura como de la presión. En el video, el agua se hierve en un matraz, que luego se tapona y se retira de la fuente de calor. Cuando se vierte agua fría sobre la parte superior del matraz, enfría el gas por encima del agua líquida. Esto disminuye la presión de vapor por encima del agua. La menor presión de vapor corresponde a un punto de ebullición más bajo, y por lo tanto el agua vuelve a hervir. Tenga en cuenta que si se hubiera aplicado enfriamiento al líquido en el fondo, no se producirían estos hervimientos posteriores.

Video\(\PageIndex{1}\): Entonces pensabas que solo podías hervir agua con calor? Mira como volteamos eso boca abajo y usamos cubitos de hielo. Ten en cuenta que hay un poco de Ciencia involucrada y todos los artículos que necesitas ya están en tu casa. Tomamos la botella de vidrio la llenamos 1/3º con agua puesta en la parte superior de tu estufa hasta que hierva bien a 100 ºC retirar con horno mit dejar enfriar durante 5-10 segundos luego volvemos a poner tapa encima. Invierte la botella en un recipiente frío de hielo con cubitos de hielo en la parte inferior y observa como el agua comienza a hervir frente a tus ojos.

Ejemplo \(\PageIndex{1}\): Boiling Points

A partir de la figura que muestra los puntos de ebullición de cuatro alcanos, estime los puntos de ebullición de los cuatro alcanos cuando la presión se reduce a 600 mmHg.

La presión de vapor de cuatro alcanos líquidos.

Solución

Leyendo a lo largo de la línea de 600-mmHg en la gráfica, encontramos que cumple con la curva de vapor-presión para pentano a aproximadamente 29°C, por lo que este es el punto de ebullición del pentano a 600 mmHg. De igual manera encontramos que el punto de ebullición del hexano es de 61C, y del heptano es de 90°C, el punto de ebullición del octano es superior a 100°C y no se puede estimar a partir de la gráfica.