Determinación del punto de ebullición
Similar al punto de fusión, el punto de ebullición es una propiedad física. Si la muestra es un compuesto puro, se puede utilizar el punto de ebullición para determinar la identidad del compuesto. En última instancia, determinar experimentalmente el punto de ebullición exacto es un desafío. Al igual que los puntos de fusión, los puntos de ebullición experimentales se dan como un rango y varían unos pocos grados del valor real de la literatura.
Presión de vapor
Para entender por qué un solvente hierve, que se caracteriza por el burbujeo familiar de la solución, es importante comprender la dinámica entre las fases líquida y gaseosa. Considere un compuesto líquido puro en un recipiente sellado. Algunas de las moléculas en la superficie del líquido tendrán suficiente energía para superar las fuerzas intermoleculares y entrar en la fase gaseosa. Sin embargo, las moléculas en la fase gaseosa también pueden perder energía y condensarse de nuevo en un líquido. Por lo tanto, hay dos procesos que compiten en este sistema: evaporación y condensación.
Cuando la velocidad de evaporación es igual a la velocidad de condensación, el sistema ha alcanzado un estado de equilibrio. Esto significa que por cada molécula que entra en la fase gaseosa, otra se condensa a la fase líquida, y no hay ganancia o pérdida neta de la cantidad de líquido o gas en el recipiente. Una vez que se ha establecido el equilibrio, la presión ejercida por el vapor sobre el líquido se denomina presión de vapor. La tendencia a que un líquido se vaporice se llama volatilidad. Un líquido más volátil tiene una presión de vapor más alta, mientras que un líquido menos volátil tiene una presión de vapor más baja.
La presión de vapor varía según la temperatura. Si aumenta la temperatura de la solución, más moléculas tienen suficiente energía para escapar de la fase líquida, y por lo tanto la presión de vapor aumenta. En última instancia, si se aplica suficiente calor, las moléculas que no están en la interfaz entre el líquido y el gas pasarán a la fase gaseosa y formarán las burbujas familiares que asociamos con la ebullición.
El punto de ebullición de un líquido se alcanza cuando la presión de vapor total del líquido es equivalente a la presión atmosférica. La temperatura a la que esto ocurre se denomina punto de ebullición. En elevaciones más altas, y por lo tanto una presión atmosférica más baja, un líquido hervirá a una temperatura más baja, ya que se requiere menos calor para aumentar la presión de vapor a la presión atmosférica. Además, la volatilidad, o la capacidad de vaporización de un solvente, también afecta la presión de vapor. Los disolventes con alta volatilidad tienen una presión de vapor más alta que los disolventes con menor volatilidad.
Factores que impactan en el Punto de ebullición
La similitud entre los puntos de fusión y los puntos de ebullición significa que los mismos factores que impactan en el punto de fusión de un compuesto también impactarán en el punto de ebullición. Por lo tanto, la fuerza y los tipos de fuerzas intermoleculares que se encuentran dentro del compuesto líquido afectarán el punto de ebullición. Recuerde que hay tres tipos de fuerzas moleculares: enlace de hidrógeno, interacciones dipolo-dipolo y fuerzas de Dispersión de Londres. Cada uno de estos tiene diferentes fuerzas de atracción y requieren diferentes cantidades de energía para superarlos. Los compuestos que pueden unirse al hidrógeno tendrán puntos de ebullición más altos que los compuestos que solo pueden interactuar a través de las fuerzas de dispersión de Londres. Una consideración adicional para los puntos de ebullición implica la presión de vapor y la volatilidad del compuesto. Por lo general, cuanto más volátil es un compuesto, menor es su punto de ebullición.
El Método Capilar para determinar el Punto de Ebullición
Un método simple para determinar el punto de ebullición de un compuesto orgánico es utilizar el método capilar. En esta configuración, un tubo capilar de vidrio vacío se invierte en un recipiente del compuesto puro en la fase líquida. A medida que se calienta el líquido, la presión de vapor de la muestra aumenta y el vapor gaseoso comienza a ingresar al tubo capilar de vidrio. Esto fuerza a salir el aire atrapado en el interior y produce burbujas que emergen de la parte inferior del tubo capilar. En este punto, el líquido se deja enfriar. Una vez que la presión de vapor de la muestra es la misma que la presión atmosférica dentro del tubo capilar de vidrio, el líquido comenzará a entrar en el tubo. La temperatura de la solución cuando se produce este fenómeno es el punto de ebullición del compuesto líquido.