Nước hoặc natri clorua có sôi trước không
Đó là một câu hỏi hóc búa cổ điển trong nhà bếp, một câu hỏi đã làm dấy lên vô số cuộc tranh luận về bếp nấu: Bạn đang làm mì ống và bạn sắp thêm muối vào nước. Một suy nghĩ xuất hiện trong đầu bạn: Muối đó có làm cho nước sôi nhanh hơn, hay thực sự mất nhiều thời gian hơn?
Hiểu về điểm sôi: Những điều cơ bản cơ bản
Trước khi chúng ta có thể so sánh hành vi sôi của nước và natri clorua, chúng ta hãy thiết lập một sự hiểu biết rõ ràng về điểm sôi thực sự có ý nghĩa gì.
Điểm sôi của bất kỳ chất lỏng nào được định nghĩa là nhiệt độ cụ thể mà tại đó áp suất hơi của nó trở nên bằng với áp suất do khí quyển xung quanh tác dụng.
Tại điểm tới hạn này, chất lỏng trải qua quá trình chuyển pha nhanh chóng, biến thành khí (hơi) và tạo thành các bong bóng quen thuộc nổi lên bề mặt.
- Điểm sôi của nước tinh khiết: Dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn ở mực nước biển (khoảng 1 atm hoặc 101.325 kPa), nước tinh khiết luôn sôi ở chính xác 100 ° C (212 ° F). Đây là tiêu chuẩn mà chúng tôi thường tham khảo.
- Điểm sôi của natri clorua tinh khiết: Đây là nơi so sánh trở nên khác biệt đáng kể. Natri clorua (NaCl) không phải là chất lỏng ở nhiệt độ hàng ngày; nó là một chất rắn tinh thể ổn định, giống như đường hoặc cát. Để có được natri clorua rắn tan chảy, bạn sẽ cần phải để nó ở một nhiệt độ cực kỳ cao: nhiệt độ nóng chảy của nó là 801 ° C (1.474 ° F) đáng kinh ngạc. Nếu bạn tiếp tục nung natri clorua nóng chảy này hơn nữa, cuối cùng nó sẽ đạt đến điểm sôi ở mức 1.413 ° C (2.575 ° F)!
Vì vậy, khi câu hỏi ban đầu được đặt ra là “nước hoặc natri clorua có sôi trước không” ở dạng tinh khiết của chúng, lời giải thích khoa học rõ ràng: nước tinh khiết sôi ở nhiệt độ thấp hơn rất nhiều, không thể so sánh được so với natri clorua tinh khiết. Không có sự cạnh tranh giữa hai loại này như các chất riêng lẻ.
Kịch bản nước mặn: Hiện tượng tăng điểm sôi
Nhưng điều gì xảy ra khi bạn hòa tan natri clorua (muối ăn hàng ngày của bạn) trong nước? Đây là kịch bản cụ thể thường khơi dậy sự tò mò và nằm ở trung tâm câu hỏi của hầu hết mọi người. Khi natri clorua (hoạt động như một chất tan) hòa tan trong nước (hoạt động như dung môi), nó không chỉ biến mất; Nó tạo thành một thực thể mới: một giải pháp. Nhiệt độ sôi của dung dịch mới hình thành này sẽ khác biệt rõ rệt so với nhiệt độ sôi của nước tinh khiết do một hiện tượng được hiểu rõ được gọi là tăng điểm sôi.
Tăng điểm sôi được phân loại là một trong những đặc tính chuẩn bị của dung dịch. Khía cạnh hấp dẫn của các đặc tính đối tác là chúng chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt chất tan hòa tan trong một lượng dung môi cụ thể, hơn là vào nhận dạng hóa học hoặc loại của các hạt đó.
Dưới đây là hóa học và vật lý cơ bản giải thích tại sao nước muối sôi ở nhiệt độ cao hơn nước tinh khiết:
- Giảm áp suất hơi: Khi natri clorua hòa tan trong nước, nó không còn nguyên vẹn các phân tử NaCl. Thay vào đó, nó phân ly thành các ion natri riêng lẻ (Na+) và ion clorua (Cl−). Các ion tích điện cao này bị thu hút mạnh vào các phân tử nước phân cực. Điều quan trọng là các ion hòa tan này cũng chiếm một số diện tích bề mặt có sẵn của chất lỏng. Điều này có nghĩa là ở bất kỳ nhiệt độ nhất định nào, ít phân tử nước ở bề mặt tự do thoát ra vào pha hơi, điều này trực tiếp làm giảm áp suất hơi của dung dịch so với nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ.
- Cần thêm năng lượng đầu vào: Để dung dịch đạt được nhiệt độ sôi, áp suất hơi của nó vẫn phải tăng lên để đáp ứng và bằng áp suất khí quyển bên ngoài. Vì muối hòa tan đã làm giảm áp suất hơi ở một nhiệt độ nhất định một cách hiệu quả, nên bây giờ cần nhiều nhiệt năng hơn (và do đó, nhiệt độ cao hơn) để truyền đủ động năng cho đủ số lượng phân tử nước, cho phép chúng vượt qua áp suất hơi giảm và thoát vào pha khí, do đó vượt qua áp suất khí quyển.
- Tương tác giữa các phân tử mạnh hơn: Các tương tác ion-lưỡng cực mạnh hình thành giữa các ion natri và clorua tích điện và các phân tử nước phân cực tạo ra lực hấp dẫn bổ sung trong dung dịch. Những lực hấp dẫn mạnh hơn này khiến các phân tử nước khó thoát ra khỏi pha lỏng và đi vào pha khí hơn.
Do đó, lời giải thích khoa học không thể phủ nhận là khi bạn thêm natri clorua vào nước, bạn sẽ chủ động tăng nhiệt độ sôi của nước. Điều này trực tiếp ngụ ý rằng nước muối sẽ mất nhiều thời gian hơn để đạt đến nhiệt độ sôi cao hơn so với nước tinh khiết, giả sử bạn bắt đầu với cùng một lượng nhiệt năng ban đầu được áp dụng.
Ý nghĩa thực tế trong nấu ăn hàng ngày
Trong lĩnh vực nấu ăn hàng ngày, lượng natri clorua thực tế thường được thêm vào nước (ví dụ: một hoặc hai thìa cà phê mỗi lít đối với mì ống) là tương đối nhỏ. Kết quả là tăng điểm sôi trong các tình huống phổ biến như vậy là khá nhỏ, thường làm tăng điểm sôi chỉ một phần của độ C (ví dụ: từ 100 ° C đến có lẽ 100,5 ° C hoặc 101 ° C đối với nồng độ điển hình).
Mặc dù về mặt kỹ thuật, phải mất nhiều thời gian hơn để nước muối đạt đến nhiệt độ sôi cao hơn một chút, nhưng một số người theo trực giác báo cáo rằng nước mặn dường như sôi nhanh hơn.
- Nhiệt dung (Hiệu ứng nhỏ): Nước muối có nhiệt dung riêng thấp hơn một chút so với nước tinh khiết. Điều này có nghĩa là về mặt lý thuyết, nó cần ít năng lượng hơn một chút để tăng nhiệt độ lên một độ, có khả năng làm cho nó nóng lên nhanh hơn một chút trong giai đoạn đầu trước khi nó bắt đầu sôi. Tuy nhiên, đối với một lượng nhỏ muối thường được sử dụng trong nấu ăn, hiệu ứng này thường không đáng kể và hiếm khi đáng chú ý.
- Nhận thức và quan sát: Bất kỳ sự sôi nhanh hơn nào có thể là do tốc độ làm nóng ban đầu hoặc chỉ đơn giản là một quan sát chủ quan, chứ không phải đạt đến điểm sôi thực tế nhanh hơn hoặc nước thực sự sôi mạnh hơn. Hiệu ứng chính là sự nâng cao của điểm sôi.
Tóm lại, đối với mục đích nấu ăn thực tế, ảnh hưởng của việc thêm một lượng natri clorua điển hình đối với nhiệt độ sôi của nước và thời gian làm nóng tổng thể nói chung là không đáng kể và không phải là yếu tố mà các đầu bếp thường quan tâm đến tốc độ. Ví dụ, lý do chính để muối nước mì ống là vì hương vị!
Kết luận: Câu chuyện về hai điểm sôi và sức mạnh của chất hòa tan
Vì vậy, để trả lời dứt khoát: nước hay natri clorua sôi trước? Câu trả lời hoàn toàn phụ thuộc vào việc bạn đang đề cập đến các chất tinh khiết hay một dung dịch. Nước tinh khiết sôi ở nhiệt độ 100°C thông thường, một nhiệt độ quen thuộc trong cuộc sống của chúng ta. Ngược lại, natri clorua tinh khiết vẫn là chất rắn ở nhiệt độ này, đòi hỏi nhiệt độ cực cao vượt quá 1400 ° C để bắt đầu sôi.
Tuy nhiên, khi natri clorua hòa tan trong nước, nó tạo ra một dung dịch thể hiện hiện tượng tăng điểm sôi hấp dẫn. Điều này có nghĩa là nước mặn sẽ sôi ở nhiệt độ cao hơn một chút so với nước tinh khiết. Nguyên lý hóa học quyến rũ này, được gọi là tính chất hợp đồng, minh họa một cách tuyệt vời cách sự hiện diện đơn thuần của các hạt chất tan có thể thay đổi cơ bản các tính chất vật lý của dung môi. Đó là một ví dụ rõ ràng, hữu hình về hóa học và vật lý tinh vi đang diễn ra, rõ ràng ngay cả trong hành động đun sôi nước khiêm tốn trong nhà bếp của bạn!
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
Thêm nhiều muối có tạo ra sự khác biệt lớn về điểm sôi không? Có, nồng độ natri clorua (hoặc bất kỳ chất tan không bay hơi nào khác) hòa tan trong nước càng lớn thì độ tăng điểm sôi càng cao. Đối với lượng nấu điển hình (vài thìa cà phê), sự khác biệt là không đáng kể, nhưng đối với các dung dịch đậm đặc cao, hiệu quả có thể khá đáng kể.
Điểm sôi của natri clorua tinh khiết (NaCl) là bao nhiêu? Điểm sôi của natri clorua tinh khiết là 1.413 ° C (2.575 ° F). Nó là một chất rắn ở nhiệt độ phòng và cần được nấu chảy trước.
Thêm muối có làm nước sôi nhanh hơn không? Không, thêm muối vào nước thực sự làm tăng nhiệt độ sôi của nó, có nghĩa là nó cần nhiệt độ cao hơn một chút để bắt đầu sôi. Do đó, về mặt kỹ thuật, sẽ mất nhiều thời gian hơn một chút để đạt được nhiệt độ cao hơn so với nước tinh khiết, giả sử cùng một nguồn nhiệt.
Tại sao muối làm tăng nhiệt độ sôi của nước? Muối làm tăng nhiệt độ sôi của nước vì nó là chất tan không bay hơi. Khi hòa tan, các ion của nó cản trở khả năng thoát ra vào pha hơi của các phân tử nước, làm giảm áp suất hơi của dung dịch một cách hiệu quả. Sau đó, cần có nhiệt độ cao hơn để khắc phục hiệu ứng này và để nước sôi. Đây là một tính chất hợp đồng được gọi là độ cao điểm sôi.
Thuộc tính hợp đồng là gì? Tính chất liên kết là các tính chất vật lý duy nhất của các dung dịch chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt chất tan có trong một lượng dung môi nhất định, chứ không phụ thuộc vào bản chất hoặc bản chất hóa học của các hạt chất tan đó. Các ví dụ chính bao gồm tăng điểm sôi, giảm điểm đóng băng, giảm áp suất hơi và áp suất thẩm thấu.
