沸點

純物質的沸點，是其相圖中的一對值，由兩個變量組成：飽和溫度（特別是沸點溫度）和氣液相界處的飽和蒸氣壓（尤其是沸騰壓力）。 它由物質從液態轉變為氣態聚集時的壓力和溫度這兩個狀態變量組成。在開放液體的情況下，沸點是溫標上蒸氣壓等于的點大氣壓。

沸點表示物質從液態到氣態的相變過程中存在的條件，稱為沸騰。 此外，它與冷凝逆過程的冷凝點相同，但僅適用于純物質。 當物質混合物蒸發時，沸騰行為發生變化，人們觀察到沸點范圍而不是單個沸點。 在沸點以下從液相到氣相的相變稱為蒸發。

在表中，沸騰溫度是在常壓下給出的，即在1013.25 hPa。這個沸點稱為標準沸點，給出的沸點溫度稱為標準沸點（TSied）。 一種估算方法是 Pailhes 方法，而 Guldberg 規則建立與臨界溫度沸點的聯系將減少到只有一對值，因此在形式上是不正確的。

例如，對于高壓鍋，您可以利用沸騰溫度和沸騰壓力相互依賴的事實。 通常通過將壓力增加 1 bar (1000 hPa)，水的沸騰溫度可以從 100 °C 增加到 120 °C 左右。 這兩個溫度都代表沸騰溫度，但只有 100 °C 的值也是常壓下的沸騰溫度，因此是正常沸騰溫度。 因此，這兩個術語的混合是不明確的，絕不是不言而喻的，應該避免。

在沸點以下和以上，液體或氣體的加熱只會導致溫度升高。 所提供的能量被轉化為粒子的動能。 然而，在從液體到氣體的相變過程中，只要壓力也保持不變，溫度就會保持不變。 所有提供的熱能都投入到狀態的變化中。

一旦達到沸點，當提供更多能量時，顆粒之間的化學-物理相互作用就會溶解 - 顆粒進入氣相。 液體的溫度停滯是因為所提供的熱能完全用于破壞分子間鍵。 一摩爾物質所需要的能量也稱為摩爾汽化焓，與物質的量無關的能量稱為汽化焓。 只有當所有顆粒都處于氣相時，系統的溫度才會再次升高。

沒有灰塵顆粒或氣泡的水、過氧化氫或堿性溶液（例如燒堿）也可以在干凈的容器中加熱到沸點以上而不沸騰。 導致混合的最小擾動，例如振動，可導致液體與氣相的爆炸性分離，這被稱為延遲沸騰。 為了避免這種情況，在化學工作過程中添加了傾向于延遲沸騰的液體，即所謂的由粘土或浮石制成的沸石，它們不受化學物質的侵蝕，但由于其多孔結構，有助于形成小氣泡，因此不會發生沸騰延遲。

相圖中氣液相界線上的所有溫度-壓力值對共同形成沸點s曲線，其上存在熱力學平衡。 沸點s曲線通常也稱為沸騰曲線、沸騰線、沸點壓力曲線或沸點曲線。 這條曲線由兩點界定：

• 三重點 Pt：如果壓力-溫度值對低于三重溫度或三重壓力，則只有固態和氣態之間的轉變是可能的，即升華或再升華。
• 臨界點Pc：壓力-溫度值對是否高于臨界溫度或臨界壓力下，液態和氣態的密度不再有差異，這就是為什么它們不再被相界線分隔，處于這種狀態的物質因此被稱為超臨界流體。

沸點s曲線的平衡是動態平衡。 顆粒不斷地從液體中逸出進入氣相——它們蒸發了。 另一方面，這些顆粒也重新進入液相——它們凝結。 離開液相的粒子數與重新進入液相的粒子數之比取決于溫度和壓力：溫度越高，由于其速度越快而蒸發的粒子越多（參見麥克斯韋-玻爾茲曼分布）。 然而，蒸發的顆粒越多，蒸汽壓越高，再次凝結的顆粒就越多。 當進入氣相的顆粒與返回液相的顆粒一樣多時，達到平衡。 由于在該狀態下氣相飽和，因此也稱為飽和蒸氣壓。 從中定量導出沸點 s 曲線的熱力學定律稱為克勞修斯-克拉佩龍方程。 對于水，飽和蒸汽壓和飽和溫度之間的這種關系也可以使用 Magnus 公式類型的近似方程來確定。

示例性起點：在沸點 80 °C 和 474 hPa 壓力下，水與其氣相處于平衡狀態：

H 2 O ( g ) ? H 2 O ( l )

系統對各個狀態變量變化的反應導致平衡位置的移動：逆轉擾動的相變發生得更強烈（見最小約束原則）。

• 如果系統冷卻到 70 °C，氣相的蒸氣壓過高，水蒸氣凝結，直到蒸氣壓達到新的平衡值 312 hPa 或沒有氣態水留下。
• 如果系統加熱到 90°C，氣相的蒸氣壓太低，水會蒸發，直到蒸氣壓達到新的平衡值 702 hPa 或沒有液態水留下。
• 如果在溫度保持不變的情況下將壓力從 474 hPa 增加到 700 hPa，則氣相的蒸氣壓過高，氣態水會冷凝，直到蒸氣壓達到 474 hPa 的舊平衡值或沒有剩下更多的水汽。
• 如果壓力從 474 hPa 降低到 250 hPa 而溫度保持不變，則氣相的蒸氣壓太低并且水會蒸發，直到蒸氣壓達到 474 hPa 的舊平衡值或沒有液態水就剩下了。

• 沸點取決于液相中最小顆粒之間的結合力的強度：結合力越強，沸點越高，因為必須首先克服這些。 如果比較 HF 和 HCl，這一點就會變得很清楚，例如：在液態氟化氫（沸點 20 °C）中，分子形成氫鍵，而在液態氯化氫（沸點 -85 °C）中，較弱的偶極-偶極相互作用占主導地位。 這同樣適用于相對非常高的水沸點，當您將其與二氧化碳進行比較并考慮摩爾質量的影響時，這一點就會變得很清楚。
• 沸點對物質的摩爾質量或分子質量的依賴性至多起次要作用。 較大的摩爾質量通常與較高的濃度相關，例如由于相關體積。 然而，與通常聲稱的相反，摩爾質量對克服分子間吸引力所需的動能沒有直接影響。 摩爾質量對分子間吸引力的直接影響很難反駁，因為其他影響因素很難排除。 實證結果表明影響很小。

它仍然用作估計沸點的簡化指南。 觀察到物質比具有更高摩爾質量的類似物質具有更高的沸點被稱為沸點異常。倫敦色散相互作用甚至比偶極-偶極相互作用更弱。