Punto de Ebullición: [Concepto, Medición y Cálculo]

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¿Qué es el punto de ebullición?

Qué es el punto de ebulliciónEl punto de ebullición es la temperatura máxima a la cual una sustancia líquida pasa a un estado gaseoso.

Para que una sustancia o compuesto alcance su punto de ebullición las fuerzas que mantienen las moléculas unidas unas a otras deben romperse. 

El agua alcanza su punto de ebullición a los 100 grados centígrados, lo que significa que sus moléculas se rompen a esa temperatura. Este fenómeno puede observarse en la vida diaria cuando se pone una olla con agua al fuego, la ebullición se presenta en el momento en que el agua comienza a hervir y a desprender vapor o gas.

El punto de ebullición está ligado a las características del agua y no a su cantidad, ya que una gran cantidad de agua tendrá el mismo punto de ebullición que una pequeña cantidad.

Es importante destacar que, una vez alcanzado su punto de ebullición la temperatura se mantendrá constante, aunque se aumente el fuego o calor.

Cada elemento de la naturaleza posee su propio punto de ebullición registrado, de acuerdo con investigaciones realizadas con esos elementos que fueron sometidos a  condiciones normales de presión (1 atm).

Elemento  Punto de ebullición
Agua: 100 ºC.
Boro: 3927 ºC.
Calcio: 1484 ºC.
Hexano 69 ºC
Helio: -268,9 ºC
Hidrógeno -252,8 ºC.
Molibdeno 100 ºC.
Osmio: 5012 ºC.
Pentano 36 ºC 
Silicio: 3265 ºC.

En la gastronomía se dice que es muy importante anticipar el punto de ebullición del agua, ya que algunos alimentos e infusiones pueden cambiar su sabor o sus propiedades mientras que otros piensan que si no alcanza ese punto de ebullición el agua no está libre de gérmenes o bacterias.

¿Cómo influye la presión en el punto de ebullición?

Cómo influye la presión en el punto de ebulliciónLa presión ejerce una gran influencia para que las sustancias alcancen su punto de ebullición.

Es así que un líquido sometido a una presión muy alta tendrá un punto de ebullición más alto que aquel líquido, sustancia o compuesto que es sometido a una presión más baja.

Un líquido o una sustancia tardará mucho más tiempo en alcanzar su punto de ebullición cuando es sometido a altas presiones. El punto de ebullición considerado estándar o normal es la temperatura a la cual hierve un líquido a nivel del mar, a una atmósfera de presión (101,325 kPa)

Por su parte, en 1982, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, IUPAC, determinó que el punto de ebullición estándar es: la temperatura a la cual un líquido se convierte en vapor a una presión de 100.000 kPa.

¿Cómo se mide el punto de ebullición?

Para medir el punto de ebullición existen varios métodos:

Mediante Destilación

Cómo se mide el punto de ebullición - Mediante DestilaciónPara determinar el punto de ebullición en el equipo de destilación se agregan trocitos de piedra pómez o cerámica porosa para regular la ebullición.

Se coloca a baño de maría y cuando la temperatura permanezca constante y el líquido se ha destilado se hace la lectura en el termómetro que corresponderá al punto de ebullición y la temperatura ambiente.

Es importante esperar que la destilación continue para verificar que la temperatura permanezca constante. Una vez que el proceso de destilación alcance una temperatura constante ese será el punto de ebullición.

Calentar el balón en baño de María es un recurso que se usa en la destilación de líquidos cuyos puntos de ebullición sean inferiores a 100 ºC. 

Para otras sustancias cuyos puntos de ebullición sean superiores a 100 ºC se utilizan otros baños cuya temperatura de ebullición sea como mínimo 20 ºC mayor a la sustancia a la cual se quiere determinar su punto de ebullición.

Método Siwoloboff

Se lleva a cabo mediante la colocación de una pequeña cantidad de líquido en un tubo de ensayo y se introduce en el líquido un tubo capilar cerrado a la llama en su extremo más fino, el cual irá hacia arriba.

El capilar sirve de manómetro indicador del instante en que se igualan las presiones del vapor del líquido y la atmosférica. En la actualidad se disponen de métodos más sofisticados y complejos que permiten medir de una forma rápida e inequívoca el punto de ebullición de las sustancias, de los compuestos o del agua.

Sin embargo, la sencillez y efectividad de los métodos tradicionales para la determinación de los puntos de ebullición de una sustancia siguen siendo muy útiles en los campos de la química y a nivel industrial.

¿Qué diferencia hay con el punto de ebullición?

Qué diferencia hay con el punto de ebulliciónSe ha demostrado científica y químicamente que el punto de ebullición es diferente para cada sustancia.

Esta diferencia va a depender de la masa molecular de la sustancia y el tipo de fuerza intermolecular que presente (puentes de hidrógeno, dipolo permanente, dipolo inducido), lo cual a su vez también dependerá de si la sustancia es covalente polar o covalente apolar (no polar).

Igualmente, cuando la temperatura de una sustancia está por debajo de su punto de ebullición, sólo una parte de sus moléculas ubicadas en su superficie tendrá energía capaz de romper la tensión superficial del líquido y pasar a la fase de vapor. 

Por otra parte, cuando se suministra calor al sistema, se produce un aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas del sistema).

¿Cuál es el punto de ebullición más alto?

Cuál es el punto de ebullición más altoEl punto de ebullición más alto se denomina temperatura crítica. A esta temperatura, no existe una fase líquida o una fase vapor definida.

Se define a la temperatura crítica como el nivel de temperatura por encima del cual un gas no podrá ser transformado en líquido por aumento de presión.

La existencia de una temperatura crítica se debe a los estudios sobre el efecto de la temperatura y de la presión en el comportamiento del dióxido de carbono realizados por Thomas Andrews en 1869.

Andrews determinó que podría convertir un gas de CO2 en un líquido elevando la presión del gas mientras mantenía la temperatura por debajo de 31.0 ºC.

El científico también pudo observar que era imposible convertir ese gas de CO2 en un líquido por encima de esa temperatura, no importaba que tanta presión se le pudiera aplicar.

Es decir que los gases no se convierten en líquidos por encima de la llamada temperatura crítica ya que en este punto las características de los gases y los líquidos son las mismas.

¿Cómo se calcula el punto de ebullición?

El pudo de ebullición se calcula mediante la ecuación definida por el matemático y físico alemán Rudolf J., Clausius y Benoît P. Clapeyron, considerados los padres de la termodinámica.

La ecuación formulada por Clausius-Clapeyron es utilizada para calcular el punto de ebullición de las sustancias y se define científicamente de la siguiente manera:

En dicha fórmula sus componentes son:

P1. Presión igual a 1 bar, o en atmósferas (0,986923 atm).

T1. Temperatura de ebullición (punto de ebullición) del componente, medida a la presión de 1 bar (P1) y expresada en grados Kelvin (K).

P2. Presión de vapor de la sustancia que se expresa en bar o en atm.

T2. Temperatura del componente (expresada en grados Kelvin) a la que se mide la presión de vapor P2.

𝚫H. Variación de entalpía de la vaporización promedio en el rango de temperaturas en las que se está haciendo el cálculo expresada en J/mol o unidades equivalentes de energía.

  1. Constante de los gases equivalente a 8,314 J/Kmol.
  2. Logaritmo natural.

De allí se puede despejar la temperatura o punto de ebullición T1.

Base de datos digital

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