Determinazione del punto di ebollizione

Simile al punto di fusione, il punto di ebollizione è una proprietà fisica. Se il campione è un composto puro, è possibile utilizzare il punto di ebollizione per determinare l’identità del composto. In definitiva, determinare sperimentalmente il punto di ebollizione esatto è impegnativo. Come i punti di fusione, i punti di ebollizione sperimentali sono dati come un intervallo e variano di alcuni gradi rispetto al valore reale della letteratura.

Pressione di vapore

Per capire perché un solvente bolle, che è caratterizzato dal familiare gorgogliamento della soluzione, è importante comprendere le dinamiche tra le fasi liquide e gassose. Considera un composto liquido puro in un contenitore sigillato. Alcune delle molecole sulla superficie del liquido avranno abbastanza energia per superare le forze intermolecolari ed entrare nella fase gassosa. Tuttavia, le molecole nella fase gassosa possono anche perdere energia e condensare di nuovo in un liquido. Pertanto, ci sono due processi concorrenti in questo sistema: evaporazione e condensazione.

Quando la velocità di evaporazione è uguale alla velocità di condensazione, il sistema ha raggiunto uno stato di equilibrio. Ciò significa che per ogni molecola che entra nella fase gassosa, un’altra si condensa nella fase liquida e non vi è alcun guadagno o perdita netta della quantità di liquido o gas nel contenitore. Una volta stabilito l’equilibrio, la pressione esercitata dal vapore sopra il liquido è chiamata pressione di vapore. La tendenza per un liquido a vaporizzare è chiamata la sua volatilità. Un liquido più volatile ha una pressione di vapore più elevata, mentre un liquido meno volatile ha una pressione di vapore inferiore.

La pressione del vapore varia in base alla temperatura. Se si aumenta la temperatura della soluzione, più molecole hanno abbastanza energia per sfuggire alla fase liquida, e quindi la pressione del vapore aumenta. In definitiva, se viene applicato abbastanza calore, le molecole che non sono all’interfaccia tra il liquido e il gas passeranno alla fase gassosa e formeranno le bolle familiari che associamo all’ebollizione.

Il punto di ebollizione di un liquido viene raggiunto quando la pressione di vapore totale del liquido è equivalente alla pressione atmosferica. La temperatura alla quale ciò si verifica è chiamata punto di ebollizione. A quote più elevate, e quindi una pressione atmosferica più bassa, un liquido bollirà a una temperatura più bassa, poiché è necessario meno calore per aumentare la pressione del vapore alla pressione atmosferica. Inoltre, la volatilità, o la capacità di un solvente di vaporizzare, influisce anche sulla pressione di vapore. I solventi con elevata volatilità hanno una pressione di vapore più elevata rispetto ai solventi con minore volatilità.

Fattori che influenzano il punto di ebollizione

La somiglianza tra punti di fusione e punti di ebollizione significa che gli stessi fattori che influenzano il punto di fusione di un composto influenzeranno anche il punto di ebollizione. Pertanto, la forza e i tipi di forze intermolecolari che si trovano all’interno del composto liquido influenzeranno il punto di ebollizione. Ricordiamo che ci sono tre tipi di forze molecolari: legame idrogeno, interazioni dipolo-dipolo e forze di dispersione di Londra. Ognuno di questi ha diversi punti di forza di attrazione e richiedono diverse quantità di energia da superare. I composti che possono legame idrogeno avranno punti di ebollizione più elevati rispetto ai composti che possono interagire solo attraverso le forze di dispersione di Londra. Un’ulteriore considerazione per i punti di ebollizione comporta la pressione di vapore e la volatilità del composto. In genere, più un composto è volatile, minore è il suo punto di ebollizione.

Il metodo capillare per determinare il punto di ebollizione

Un metodo semplice per determinare il punto di ebollizione di un composto organico è quello di utilizzare il metodo capillare. In questa configurazione, un tubo capillare di vetro vuoto viene invertito in un contenitore del composto puro nella fase liquida. Quando il liquido viene riscaldato, la pressione di vapore del campione aumenta e il vapore gassoso inizia a entrare nel tubo capillare di vetro. Questo costringe l’aria intrappolata all’interno e provoca bolle che emergono dal fondo del tubo capillare. A questo punto, il liquido viene lasciato raffreddare. Una volta che la pressione di vapore del campione è la stessa della pressione atmosferica all’interno del tubo capillare di vetro, il liquido inizierà ad entrare nel tubo. La temperatura della soluzione quando si verifica questo fenomeno è il punto di ebollizione del composto liquido.