沸点
fèi diǎn
沸点是液体沸腾的温度,此时其蒸气压等于周围的压强;水在海平面处的沸点为100摄氏度。
Definition
沸点是液体的蒸气压等于其上方大气压强的温度,此时蒸气气泡能在液体内部各处(而不只是表面)形成;由于沸点取决于压强,正常沸点特指在 $1\text{ atm}$ 下测得的沸点。沸点是一种有助于鉴别物质的强度物理性质,因为分子间吸引力更强的液体沸点更高;沸点可以利用液体的汽化焓,通过克劳修斯-克拉珀龙方程求出。特鲁顿规则指出,对许多液体而言 $\Delta S_{vap} = \Delta H_{vap}/T_b$ 大约为 $85\text{ J/mol}\cdot\text{K}$,而像水这样存在氢键的液体($109\text{ J/mol}\cdot\text{K}$)则是明显的例外;溶解的不挥发性溶质会按照 $\Delta T_b = iK_b m$ 使沸点升高。
Example
水在 $100^\circ\text{C}$ 沸腾,外用酒精约在 $82^\circ\text{C}$ 沸腾,食用油要到远高于 $200^\circ\text{C}$ 才会沸腾;水一旦达到沸点,无论火力多大都不会继续升温,因为多余的热量只会产生更多的水蒸气;在珠穆朗玛峰顶,气压约为海平面的三分之一,水在约 $70^\circ\text{C}$ 就会沸腾,温度太低,泡不出好茶。在第 $16$ 族的氢化物中,氢键使水成了一个异类:$H_2S$ 沸点为 $-60^\circ\text{C}$,$H_2Se$ 为 $-41^\circ\text{C}$,$H_2Te$ 为 $-2^\circ\text{C}$,都随摩尔质量增大而升高,符合预期;但其中最轻的 $H_2O$ 却在 $100^\circ\text{C}$ 沸腾,而不是按趋势推算、若没有氢键时大约应有的 $-80^\circ\text{C}$。
Key Insight
往煮意大利面的水中加盐,通常只会使沸点升高约半度,所以加盐真正的原因是调味,而不是让水更快煮沸。分馏是按沸点分离液体的方法,两种液体的沸点越接近,蒸馏塔所需的理论塔板数就越多,这一原理支撑着石油炼制、酿酒工艺,乃至把液态空气分离成氮气($-196^\circ\text{C}$)和氧气($-183^\circ\text{C}$)。