在化工生产过程中,温度也是必不可少的物理量,除了能够精确控制温度对于化学反应的速率、产能和产品质量起着至关重要的作用,还能够辅助工艺人员进行能量衡算。
温度温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上反映了物体内部分子热运动的剧烈程度。
在化工生产中,我国主要使用摄氏度(℃)作为温度单位,国际上则通常使用热力学温度-开尔文(K)作为温度单位,极少部分区域则使用华氏度(℉)作为温度单位。
换算公式:1 ℃=1 K=33.8 ℉
绝对零度
在绝对零度的情况下:-273.15 ℃=0 K=-459.67 ℉
对于一般化学反应速率而言,通常温度升高,分子运动加剧,反应物分子间的碰撞频率增加,有效碰撞的几率也增大,从而使化学反应速率加快。
温度还会影响化学反应的平衡。对于可逆反应,根据勒夏特列原理,升高温度,平衡会向吸热反应方向移动;降低温度,平衡则向放热反应方向移动。
沸点在一定压力下,某物质的饱和蒸汽压与此压力相等时对应的温度,就是该物质的沸点。通俗来讲,纯物质在液相沸腾时的温度就称为沸点。
水在100℃沸点下沸腾
不同物质具有不同的沸点,这是由物质的分子结构、分子量、分子间作用力等因素决定的。例如,分子量较小、分子间作用力较弱的物质,如甲烷、乙烷等,沸点较低;而分子量较大、分子间作用力较强的物质,如乙醇、水等,沸点相对较高。
沸点随外界压力的变化而改变。压力越低,液体的沸点越低;压力越高,液体的沸点越高。例如,在高山上,由于大气压较低,水的沸点低于 100℃,所以在高山上煮饭需要使用高压锅来提高水的沸点,以保证食物能够煮熟。
对于溶液来说,溶质的存在会影响溶液的沸点。一般来说,溶液的浓度越高,沸点越高。例如,盐水中的氯化钠会使水的沸点升高。(对于混合物来说,由于沸点难以确定,在热力学上取而代之的则是泡点,关于泡点的内容将在以后的文章中介绍。)
凝固点晶体物质凝固时的温度称为凝固点。在一定压力下,任何晶体的凝固点与其熔点相同(当物质从固态变化为液态时,叫熔点;当物质从液态变化为固态时,叫凝固点)。对于非晶体物质,没有凝固点。
显微镜下的冰晶
通常来讲,液相转变为固相是放热反应;固相转变为液相是吸热反应。
不同的晶体具有不同的凝固点,这与晶体的结构和分子间作用力有关。例如,金属晶体的凝固点通常较高,而分子晶体的凝固点相对较低。
对于凝固时体积膨胀的晶体,其凝固点随压力的增大而降低;对于凝固时体积缩小的晶体,其凝固点随压力的增大而升高。
当晶体中掺进杂质时,会使凝固点降低。例如,在水中加入盐,会使水的凝固点下降,这也是为什么在冬天道路上撒盐可以防止路面结冰。(具体原理将在以后文章中介绍,该内容对于化工生产中物质结晶的过程具有十分重要的意义)
对于常见纯物质的沸点和凝固点,可以直接在化工网站中查询或在化工设计手册中查询。而对于一些非常见物质的沸点和凝固点,则可以通过差示扫描量热仪等设备进行测量。
关于化工中温度、沸点和凝固点的基础介绍就到此结束了,若有疑惑,欢迎大家一起在评论区探讨。