จุดเดือด

จุดเดือดของสารเป็นอุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันโดยรอบของของเหลว และของเหลวจะเปลี่ยนสถานะเป็นไอ

จุดเดือดของของเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปตามความดันแวดล้อมที่แตกต่างกัน ของเหลวในสุญญากาศบางส่วน เช่น ภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าจะมีจุดเดือดต่ำกว่าตอนที่ของเหลวนั้นอยู่ที่ความดันบรรยากาศ เนื่องจากเหตุนี้ น้ำจะเดือดที่ 100°C (หรือแม่นยำทางวิทยาศาสตร์: 99.97°C) ภายใต้ความดันมาตรฐานที่ระดับน้ำทะเล แต่จะเดือดที่ 93.4°C ที่ความสูง 1905 เมตร

จุดเดือดปกติ (หรือที่เรียกว่าจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ) ของของเหลวคือกรณีพิเศษที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันบรรยากาศที่กำหนดไว้ที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งคือ 1 บรรยากาศ ที่อุณหภูมินั้น ความดันไอของของเหลวจะเพียงพอที่จะเอาชนะแรงดันบรรยากาศและทำให้เกิดฟองไอภายในของเหลว

ความร้อนของการระเหยเป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนปริมาณสารหนึ่ง (เช่น โมล กิโลกรัม ปอนด์ ฯลฯ) จากสถานะของเหลวเป็นสถานะแก๊สภายใต้ความดันที่กำหนด (มักจะเป็นความดันบรรยากาศ)

ของเหลวอาจเปลี่ยนสถานะเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดผ่านกระบวนการระเหย การระเหยเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่ผิวของของเหลว ซึ่งโมเลกุลที่อยู่ใกล้ขอบของเหลวไม่มีความดันของเหลวเพียงพอที่จะกักเก็บไว้ ทำให้สามารถหลุดออกไปในสภาพแวดล้อมรอบข้างในรูปแบบของไอ ในทางตรงกันข้าม การเดือดเป็นกระบวนการที่โมเลกุลในของเหลวสามารถหลุดออกได้ ทำให้เกิดฟองไอภายในของเหลว^{[1][2][3][4][5][6]}

ของเหลวอิ่มตัวหมายถึงของเหลวที่มีพลังงานความร้อนมากที่สุดเท่าที่จะมีได้โดยไม่เกิดการเดือด (หรือในทางตรงกันข้าม ไออิ่มตัวหมายถึงไอที่มีพลังงานความร้อนน้อยที่สุดเท่าที่จะมีได้โดยไม่เกิดการควบแน่น)

อุณหภูมิอิ่มตัว หมายถึง จุดเดือด อุณหภูมิอิ่มตัวคืออุณหภูมิสำหรับความดันอิ่มตัวที่สอดคล้องกัน ซึ่งของเหลวจะเดือดกลายเป็นไอสามารถกล่าวได้ว่าของเหลวนั้นอิ่มตัวด้วยพลังงานความร้อน การเพิ่มพลังงานความร้อนใด ๆ จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะ

หากความดันในระบบคงที่ (กระบวนการอีโซบาริก) ไอที่อุณหภูมิอิ่มตัวจะเริ่มควบแน่นกลายเป็นของเหลวเมื่อมีการกำจัดพลังงานความร้อน (ความร้อน) ในทำนองเดียวกัน ของเหลวที่อุณหภูมิและความดันอิ่มตัวจะเดือดกลายเป็นไอเมื่อมีการเพิ่มพลังงานความร้อนเพิ่มเติม

จุดเดือดสอดคล้องกับอุณหภูมิที่ความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันโดยรอบ ดังนั้นจุดเดือดจึงขึ้นอยู่กับความดัน จุดเดือดอาจถูกเผยแพร่โดยอ้างอิงกับNIST, USA ความดันมาตรฐานที่ 101.325 กิโลปาสคาล (หรือ 1 บรรยากาศ) หรือความดันมาตรฐานของสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC)ที่ 100.000 กิโลปาสคาล ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น ซึ่งความดันบรรยากาศต่ำกว่ามาก จุดเดือดจะต่ำลงด้วยเช่นกัน จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้นจนถึงจุดวิกฤต ซึ่งคุณสมบัติของไอและของเหลวจะเหมือนกัน จุดเดือดไม่สามารถเพิ่มขึ้นเกินกว่าจุดวิกฤตได้เช่นกัน ในทำนองเดียวกัน จุดเดือดจะลดลงเมื่อความดันลดลงจนถึงจุดสามสถานะ จุดเดือดไม่สามารถลดลงต่ำกว่าจุดสามสถานะได้

หากทราบความร้อนของการระเหยและความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่ง จุดเดือดสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการคลอเซียส–แคลเปรย์รอน ดังนี้:

${\displaystyle T_{\text{B}}=\left({\frac {1}{T_{0}}}-{\frac {R\,\ln {\frac {P}{P_{0}}}}{\Delta H_{\text{vap}}}}\right)^{-1}}$

โดยที่:

${\displaystyle T_{\text{B}}}$ คือจุดเดือดที่ความดันที่สนใจ,

${\displaystyle R}$ คือค่าคงที่แก๊สอุดมคติ,

${\displaystyle P}$ คือความดันไอของของเหลว,

${\displaystyle P_{0}}$ คือความดันบางค่าที่ทราบค่า ${\displaystyle T_{0}}$ ที่สอดคล้องกัน (ปกติข้อมูลนี้จะมีอยู่ที่ 1 atm หรือ 100 kPa),

${\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}}$ คือความร้อนของการระเหยของของเหลว,

${\displaystyle T_{0}}$ คืออุณหภูมิเดือด,

${\displaystyle \ln }$ คือลอการิทึมธรรมชาติ.

ความดันอิ่มตัว คือความดันสำหรับอุณหภูมิอิ่มตัวที่สอดคล้องกัน ซึ่งของเหลวจะเดือดกลายเป็นไอ ความดันอิ่มตัวและอุณหภูมิอิ่มตัวมีความสัมพันธ์โดยตรง: เมื่อความดันอิ่มตัวเพิ่มขึ้น อุณหภูมิอิ่มตัวก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

หากอุณหภูมิในระบบคงที่ (ระบบอุณหภูมิคงที่) ไอที่ความดันและอุณหภูมิอิ่มตัวจะเริ่มควบแน่นกลายเป็นของเหลวเมื่อความดันระบบเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกัน ของเหลวที่ความดันและอุณหภูมิอิ่มตัวจะมีแนวโน้มที่จะระเหยอย่างรวดเร็วกลายเป็นไอเมื่อความดันระบบลดลง

มีสองแนวทางเกี่ยวกับ จุดเดือดมาตรฐานของน้ำ: จุดเดือดปกติคือ 99.97 องศาเซลเซียส (211.9 องศาฟาเรนไฮต์) ที่ความดัน 1 atm (คือ 101.325 kPa) IUPACแนะนำ จุดเดือดมาตรฐานของน้ำที่ความดันมาตรฐาน 100 kPa (1 บาร์)^[7] คือ 99.61 องศาเซลเซียส (211.3 องศาฟาเรนไฮต์).^[6][8] เพื่อเปรียบเทียบ ที่ยอด ภูเขาเอเวอเรสต์, ที่ความสูง 8,848 m (29,029 ft) ความดันอยู่ที่ประมาณ 34 kPa (255 Torr)^[9] และจุดเดือดของน้ำคือ 71 องศาเซลเซียส (160 องศาฟาเรนไฮต์)มาตราส่วนอุณหภูมิเซลเซียสถูกกำหนดจนถึงปี 1954 โดยสองจุด: 0 °C ถูกกำหนดโดยจุดเยือกแข็งของน้ำ และ 100 °C ถูกกำหนดโดยจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน

ยิ่งความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิใด ๆ สูงขึ้นเท่าใด จุดเดือดปกติ (คือ จุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ) ของของเหลวจะยิ่งต่ำลง

กราฟความดันไอที่อยู่ทางขวามีกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิสำหรับของเหลวหลากหลายชนิด^[10] จากกราฟจะเห็นได้ว่าของเหลวที่มีความดันไอสูงที่สุดจะมีจุดเดือดปกติต่ำที่สุด

ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม เมทิลคลอไรด์มีความดันไอสูงที่สุดในบรรดาของเหลวในกราฟนี้ และมีจุดเดือดปกติที่ต่ำที่สุด (-24.2 °C) ซึ่งเป็นจุดที่กราฟความดันไอของเมทิลคลอไรด์ (เส้นสีน้ำเงิน) ตัดกับเส้นความดันแนวนอนที่หนึ่งบรรยากาศ (atm) ของความดันไอสัมบูรณ์

จุดวิกฤตของของเหลวคืออุณหภูมิ (และความดัน) สูงสุดที่ของเหลวจะเดือดได้

ดูเพิ่มเติมที่ ความดันไอของน้ำ

ธาตุที่มีจุดเดือดต่ำที่สุดคือ ฮีเลียม ขณะที่จุดเดือดของ เรเนียม และ ทังสเตน เกิน 5000 K ที่ ความดันมาตรฐาน; เนื่องจากการวัดอุณหภูมิที่สูงมากอาจมีความคลาดเคลื่อน, ข้อมูลเกี่ยวกับจุดเดือดที่สูงของทั้งสองธาตุจึงมีการกล่าวถึงในวรรณกรรมว่าเป็นจุดเดือดที่สูงกว่านี้^[11]

จากกราฟด้านบนของลอการิทึมของความดันไอเทียบกับอุณหภูมิสำหรับสารประกอบเคมีบริสุทธิ์ที่กำหนด จุดเดือดปกติของสารประกอบนั้นสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงความระเหยโดยรวมของสารประกอบนั้น สารประกอบบริสุทธิ์ที่กำหนดจะมีเพียงจุดเดือดปกติหนึ่งจุดเท่านั้น (หากมี) และจุดเดือดปกติและจุดหลอมเหลวของสารประกอบสามารถใช้เป็นคุณสมบัติสมบัติทางกายภาพลักษณะเฉพาะสำหรับสารประกอบนั้น ๆ ซึ่งจะมีการระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง ยิ่งจุดเดือดปกติของสารประกอบสูงเท่าไร สารประกอบนั้นก็จะมีความระเหยน้อยลงเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งจุดเดือดปกติของสารประกอบต่ำลง สารประกอบนั้นก็จะมีความระเหยมากขึ้น สารประกอบบางชนิดจะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงก่อนที่จะถึงจุดเดือดปกติหรือบางครั้งแม้กระทั่งจุดหลอมเหลว สำหรับสารประกอบที่เสถียร จุดเดือดอยู่ในช่วงตั้งแต่จุดสามสถานะไปจนถึงจุดวิกฤต ขึ้นอยู่กับความดันภายนอก จุดเดือดปกติของสารประกอบจะสูงกว่าจุดหลอมเหลว (ถ้ามี) เมื่ออยู่เหนือจุดสามสถานะ หลังจากจุดวิกฤตแล้ว สถานะของเหลวและไอของสารประกอบจะรวมเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งสถานะ ซึ่งอาจเรียกว่าแก๊สร้อนยวดยิ่ง เมื่ออุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม ถ้าจุดเดือดปกติของสารประกอบต่ำกว่า สารประกอบนั้นโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของแก๊สที่ความดันภายนอกบรรยากาศ ถ้าจุดเดือดปกติของสารประกอบสูงกว่า สารประกอบนั้นสามารถอยู่ในรูปของเหลวหรือของแข็งที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตามที่ความดันบรรยากาศภายนอก และจะอยู่ในสมดุลกับไอ (หากมีความระเหย) หากไอถูกเก็บรักษาไว้ หากไอของสารประกอบไม่ได้ถูกเก็บรักษาไว้ สารประกอบบางชนิดที่ระเหยได้ในที่สุดจะระเหยหายไป แม้ว่าจะมีจุดเดือดที่สูงขึ้นก็ตาม

โดยทั่วไป สารประกอบที่มีพันธะไอออนิกจะมีจุดเดือดปกติที่สูง หากไม่สลายตัวก่อนที่จะถึงอุณหภูมิสูงดังกล่าว โลหะหลายชนิดมีจุดเดือดสูง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด โดยทั่วไปแล้วเมื่อปัจจัยอื่น ๆ เท่ากัน ในสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ เมื่อขนาดของโมเลกุล (หรือมวลโมเลกุล) เพิ่มขึ้น จุดเดือดปกติจะเพิ่มขึ้น เมื่อขนาดของโมเลกุลเพิ่มขึ้นจนกลายเป็นมาครโมเลกุล, โพลีเมอร์ หรือมีขนาดใหญ่มาก สารประกอบมักจะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงก่อนที่จะถึงจุดเดือด อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อจุดเดือดปกติของสารประกอบคือขั้วของโมเลกุลของสารประกอบนั้น เมื่อขั้วของโมเลกุลของสารประกอบเพิ่มขึ้น จุดเดือดปกติก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันเมื่อปัจจัยอื่น ๆ เท่ากัน สิ่งที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดคือความสามารถของโมเลกุลในการสร้างพันธะไฮโดรเจน (ในสถานะของเหลว) ซึ่งทำให้โมเลกุลยากที่จะออกจากสถานะของเหลว และทำให้จุดเดือดปกติของสารประกอบสูงขึ้น กรดคาร์บอกซิลิกชนิดง่าย ๆ จะเกิดการรวมตัวกันเป็นคู่ผ่านการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล ปัจจัยเล็กน้อยที่ส่งผลต่อจุดเดือดคือรูปร่างของโมเลกุล การทำให้รูปร่างของโมเลกุลมีความกะทัดรัดมากขึ้นจะทำให้จุดเดือดปกติลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโมเลกุลที่มีพื้นผิวสัมผัสมากกว่า

การเปรียบเทียบจุดเดือดของบิวเทนไอโซเมอร์ (C₄H₁₀)

ชื่อทั่วไป	n-บิวเทน	ไอโซบิวเทน
ชื่อแบบ IUPAC	บิวเทน	2-เมทิลโพรเพน
รูปโมเลกุล
จุดเดือด (°C)	-0.5	-11.7

การเปรียบเทียบจุดเดือดของเพนเทนไอโซเมอร์

ชื่อทั่วไป	n-เพนเทน	ไอโซเพนเทน	นีโอเพนเทน
ชื่อแบบ IUPAC	เพนเทน	2-เมทิลบิวเทน	2, 2-ไดเมทิลโพรเพน
รูปโมเลกุล
จุดเดือด (°C)	36.0	27.7	9.5

สารประกอบที่ระเหยได้มากที่สุด (ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อม) มักจะผ่านสถานะของเหลวระหว่างการอุ่นจากสถานะของแข็งเพื่อเปลี่ยนเป็นไอ ในการเปรียบเทียบกับการเดือดการระเหิดเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่สถานะของแข็งเปลี่ยนเป็นไอโดยตรง ซึ่งเกิดขึ้นในบางกรณี เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ที่ความดันบรรยากาศ สำหรับสารประกอบดังกล่าวจุดระเหิดคืออุณหภูมิที่สถานะของแข็งเปลี่ยนเป็นไอโดยตรงมีความดันไอเท่ากับความดันภายนอก

ในส่วนก่อนหน้านี้ ได้ครอบคลุมจุดเดือดของสารประกอบบริสุทธิ์ ความดันไอและจุดเดือดของสารสามารถได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ละลายอยู่ (สารละลาย) หรือสารอื่น ๆ ที่ผสมเข้ากันได้ ระดับของผลกระทบขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสิ่งเจือปนหรือสารอื่น ๆ การมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ไม่ระเหย เช่น เกลือ หรือสารประกอบที่มีความระเหยต่ำกว่าสารประกอบหลักมาก จะทำให้เศษส่วนโมลและสารละลายมีความระเหยน้อยลง และทำให้จุดเดือดปกติเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของความเข้มข้นของสารละลายที่มีสิ่งเจือปน ผลกระทบนี้เรียกว่า การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด ตัวอย่างทั่วไปเช่น น้ำเกลือ ที่มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำบริสุทธิ์

ในสารผสมอื่น ๆ ของสารที่สามารถผสมกันได้ (ส่วนประกอบ) อาจมีสองส่วนประกอบหรือมากกว่านั้นที่มีความระเหยต่างกัน โดยแต่ละส่วนประกอบจะมีจุดเดือดของสารบริสุทธิ์ของตัวเองที่ความดันใด ๆ ก็ตาม การมีอยู่ของส่วนประกอบที่ระเหยได้อื่น ๆ ในสารผสมมีผลกระทบต่อความดันไอ และดังนั้นจึงส่งผลต่อจุดเดือดและจุดน้ำค้างของส่วนประกอบทั้งหมดในสารผสม จุดน้ำค้างคืออุณหภูมิที่ไอควบแน่นเป็นของเหลว นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม องค์ประกอบของไอมักจะแตกต่างจากองค์ประกอบของของเหลวในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อแสดงผลกระทบเหล่านี้ระหว่างส่วนประกอบที่ระเหยได้ในสารผสม โดยทั่วไปจะใช้ ไดอะแกรมจุดเดือด การกลั่น เป็นกระบวนการของการเดือดและ [โดยปกติแล้ว] การควบแน่น ซึ่งใช้ประโยชน์จากความแตกต่างขององค์ประกอบระหว่างเฟสของเหลวและไอ

ด ค ก Boiling point of the elements in the periodic table
Group →	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ Period
1	H2 20.271 K (−252.879 °C)																		He4.222 K (−268.928 °C)
2	Li1603 K (1330 °C)	Be2742 K (2469 °C)												B 4200 K (3927 °C)	C 3915 K (subl.) (3642 °C)	N2 77.355 K (−195.795 °C)	O2 90.188 K (−182.962 °C)	F2 85.03 K (−188.11 °C)	Ne27.104 K (−246.046 °C)
3	Na1156.090 K (882.940 °C)	Mg1363 K (1091 °C)												Al2743 K (2470 °C)	Si3538 K (3265 °C)	P 553.7 K (280.5 °C)	S 717.8 K (444.6 °C)	Cl2239.11 K (−34.04 °C)	Ar87.302 K (−185.848 °C)
4	K 1032 K (759 °C)	Ca1757 K (1484 °C)		Sc3109 K (2836 °C)	Ti3560 K (3287 °C)	V 3680 K (3407 °C)	Cr2945.15 K (2672.0 °C)	Mn2334 K (2061 °C)	Fe3134 K (2861 °C)	Co3200 K (2927 °C)	Ni3003 K (2730 °C)	Cu2835 K (2562 °C)	Zn1180 K (907 °C)	Ga2673 K (2400 °C)	Ge3106 K (2833 °C)	As887 K (subl.) (615 °C)	Se958 K (685 °C)	Br2332.0 K (58.8 °C)	Kr119.735 K (−153.415 °C)
5	Rb961 K (688 °C)	Sr1650 K (1377 °C)		Y 3203 K (2930 °C)	Zr4650 K (4377 °C)	Nb5017 K (4744 °C)	Mo4912 K (4639 °C)	Tc4538 K (4265 °C)	Ru4423 K (4150 °C)	Rh3968 K (3695 °C)	Pd3236 K (2963 °C)	Ag2483 K (2210 °C)	Cd1040 K (767 °C)	In2345 K (2072 °C)	Sn2875 K (2602 °C)	Sb1908 K (1635 °C)	Te1261 K (988 °C)	I2 457.4 K (184.3 °C)	Xe165.051 K (−108.099 °C)
6	Cs944 K (671 °C)	Ba2118 K (1845 °C)		Lu3675 K (3402 °C)	Hf4876 K (4603 °C)	Ta5731 K (5458 °C)	W 6203 K (5930 °C)	Re5900.15 K (5627.0 °C)	Os5285 K (5012 °C)	Ir4403 K (4130 °C)	Pt4098 K (3825 °C)	Au3243 K (2970 °C)	Hg629.88 K (356.73 °C)	Tl1746 K (1473 °C)	Pb2022 K (1749 °C)	Bi1837 K (1564 °C)	Po1235 K (962 °C)	At2503±3 K (230±3 °C)	Rn211.5 K (−61.7 °C)
7	Fr950 K (677 °C)	Ra2010 K (1737 °C)		Lr	Rf5800 K (5500 °C)	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn340±10 K (67±10 °C)	Nh1430 K (1130 °C)	Fl380 K (107 °C)	Mc~1400 K (~1100 °C)	Lv1035–1135 K (762–862 °C)	Ts883 K (610 °C)	Og450±10 K (177±10 °C)
				La3737 K (3464 °C)	Ce3716 K (3443 °C)6	Pr3403 K (3130 °C)	Nd3347 K (3074 °C)	Pm3273 K (3000 °C)	Sm2173 K (1900 °C)	Eu1802 K (1529 °C)	Gd3546 K (3273 °C)	Tb3396 K (3123 °C)	Dy2840 K (2567 °C)	Ho2873 K (2600 °C)	Er3141 K (2868 °C)	Tm2223 K (1950 °C)	Yb1469 K (1196 °C)
				Ac3471 K (3198 °C)	Th5061 K (4788 °C)	Pa4300? K (4027 °C)	U 4404 K (4131 °C)	Np4175.15 K (3902.0 °C)	Pu3508.15 K (3235.0 °C)	Am2880 K (2607 °C)	Cm3383 K (3110 °C)	Bk2900 K (2627 °C)	Cf1743 K (1470 °C)	Es1269  (996 °C)	Fm	Md	No
Legend
Values are in kelvin K and degrees Celsius °C, rounded
For the equivalent in degrees Fahrenheit °F, see: Boiling points of the elements (data page)
Some values are predictions
ดึกดำบรรพ์  การสลายตัว  การสังเคราะห์ กรอบ แสดงการปรากฏของธาตุในธรรมชาติ บล็อก-s บล็อก-g บล็อก-f บล็อก-d บล็อก-p

• "Boiling-Point" . The New Student's Reference Work . 1914.