- Випаровування, кипіння, конденсація Подробиці Опубліковано 09.11.2014 21:08 Переглядів: 13000 У...
- сублімація
- кипіння
- Насичений і ненасичений пар
- конденсація пара
- десублімації
Випаровування, кипіння, конденсація
Подробиці Опубліковано 09.11.2014 21:08 Переглядів: 13000
У рідкому стані речовина може існувати в певному інтервалі температур. При температурі, меншій нижнього значення цього інтервалу, рідина перетворюється в тверду речовину. А якщо значення температури перевищить верхню межу інтервалу, рідина переходить в газоподібний стан.
Все це ми можемо спостерігати на прикладі води. У рідкому стані ми бачимо її в річках, озерах, морях, океанах, водопровідному крані. Тверде стан води - лід. У нього вона перетворюється, коли при нормальному атмосферному тиску її температура знижується до 0 ° С. А при підвищенні температури до 100оС вода закипає і перетворюється на пару, яка є її газоподібним станом.
Процес перетворення речовини в пар називають паротворенням. Зворотний процес переходу з пари в рідину - конденсація.
Випаровування відбувається в двох випадках: при випаровуванні і при кипінні.
випаровування
Випаровуванням називають фазовий процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний або пароподібний, що відбувається на поверхні рідини.
Як і під час плавлення, при випаровуванні речовиною поглинається теплота. Вона витрачається на подолання сил зчеплення частинок (молекул або атомів) рідини. Кінетична енергія молекул, що володіють найвищою швидкістю, перевищує їх потенційну енергію взаємодії з іншими молекулами рідини. Завдяки цьому вони долають тяжіння сусідніх частинок і вилітають з поверхні рідини. Середня енергія залишилися частинок стає менше, і рідина поступово остигає, якщо її не підігрівати ззовні.
Так як частинки знаходяться в русі при будь-якій температурі, то і випаровування також відбувається при будь-якій температурі. Ми знаємо, що калюжі після дощу висихають навіть у холодну погоду.
Але швидкість випаровування залежить від багатьох факторів. Один з найважливіших - температура речовини. Чим вона вища, тим більше швидкість руху часток і їх енергія, і тим більше їх кількість залишає рідина в одиницю часу.
Наповнимо однаковою кількістю води 2 склянки. Один поставимо на пригрів, а інший залишимо в тіні. Через деякий час побачимо, що води в першому склянці стало менше, ніж у другому. Її нагріли сонячні промені, і вона випарувалася швидше. Калюжі після дощу влітку також висихають набагато швидше, ніж навесні або восени. У сильну спеку відбувається швидке випаровування води з поверхонь водойм. Висихають ставки, озера, пересихають русла неглибоких річок. Чим вище температура навколишнього середовища, тим вище швидкість випаровування.
При однаковому обсязі рідина, що знаходиться в широкій тарілці, випарується набагато швидше рідини, налитої в склянку. Це означає, що швидкість випаровування залежить від площі поверхні випаровування. Чим більше ця площа, тим більша кількість молекул вилітає з рідини в одиницю часу.
При однакових зовнішніх умовах швидкість випаровування залежить від роду речовини. Заповнимо скляні колби однаковим об'ємом води і спирту. Через деякий час побачимо, що спирту залишилося менше, ніж води. Він випаровується з більшою швидкістю. Так відбувається, тому що молекули спирту слабкіше взаємодіють один з одним, ніж молекули води.
Впливає на швидкість випаровування і наявність вітру. Ми знаємо, що речі після прання набагато швидше висихають, коли їх обдуває вітер. Струмінь гарячого повітря в фені здатна швидко висушити наше волосся.
Вітер відносить молекули, що вилетіли з рідини, і назад вони вже не повертаються. Їх місце займають нові молекули, які вилітають із рідина. Тому в самій рідини їх стає менше. Отже, вона випаровується швидше.
сублімація
Випаровування відбувається і в твердих тілах. Ми бачимо, як поступово висихає на морозі замерзле, вкрите кригою білизна. Лід перетворюється в пар. Ми відчуваємо різкий запах, що утворюється при випаровуванні твердої речовини нафталіну.
Деякі речовини взагалі не мають рідкої фази. Наприклад, елементарний йод I 2 - проста речовина, що представляє собою кристали чорно-сірого кольору з фіолетовим металевим блиском, при нормальних умовах відразу ж перетворюється в газоподібний йод - фіолетові пари з різким запахом. Той рідкий йод, який ми купуємо в аптеках, - це не рідке його стан, а розчин йоду в спирті.
Процес переходу твердих тіл в газоподібний стан, минаючи рідку стадію, називають сублімацією, або сублімацією.
кипіння
Кипіння - це теж процес переходу рідини в пар. Але пароутворення при кипінні відбувається не тільки на поверхні рідини, а й по всьому її об'єму. Причому процес цей проходить набагато інтенсивніше, ніж при випаровуванні.
Поставимо на вогонь чайник з водою. Так як у воді завжди є розчинений в ній повітря, то при нагріванні на дні чайника і на його стінках з'являються бульбашки. Ці бульбашки містять повітря і насичена водяна пара. Спочатку вони з'являються на стінках чайника. Кількість пара в них збільшується, збільшуються в розмірах і вони самі. Потім під впливом сили, що виштовхує Архімеда вони будуть відриватися від стінок, підніматися вгору і лопатися на поверхні води. Коли температура води досягне 100оС, бульбашки будуть утворюватися вже по всьому об'єму води.
Випаровування відбувається при будь-якій температурі, а кипіння - тільки при певній температурі, яка називається температурою кипіння.
Кожна речовина має свою температуру кипіння. Вона залежить від величини тиску.
При нормальному атмосферному тиску вода закипає при температурі 100оС, спирт - при 78 ° С, залізо - при 2750 оС. А температура кипіння кисню - мінус 183 ° С.
При зменшенні тиску температура кипіння знижується. В горах, де атмосферний тиск нижче, вода закипає при температурі менше 100 оС. І чим вище над рівнем моря, тим меншою буде температура кипіння. А в каструлі-скороварці, де створюється підвищений тиск, вода закипає при температурі вище 100 ° С.
Насичений і ненасичений пар
Якщо речовина може одночасно існувати в рідкому (або твердої) фазі і газоподібної, то його газоподібний стан називають парою. Пар утворюють молекули, що вилетіли при випаровуванні з рідини або твердої речовини.
Наллємо рідина в посудину і щільно закриємо його кришкою. Через деякий час кількість рідини зменшиться через її випаровування. Молекули, що залишають рідину, будуть концентруватися над її поверхнею у вигляді пари. Але коли щільність пара стане досить високою, деякі з них почнуть знову повертатися в рідину. І таких молекул буде все більше і більше. Нарешті, настане такий момент, коли число молекул, що вилітають з рідини, і число молекул, які повертаються в неї, зрівняється. У цьому випадку говорять, що рідина знаходиться в динамічній рівновазі зі своїм парою. А така пара називається насиченим.
Якщо при паротворенні з рідини вилітає більше молекул, ніж повертається, то така пара буде ненасиченим. Ненасичений пар утворюється, коли випаровується рідина знаходиться у відкритому посуді. Залишають її молекули розсіюються в просторі. Повертаються в рідину далеко не всі з них.
конденсація пара
Зворотний перехід речовини з газоподібного стану в рідке називають конденсацією. При конденсації частина молекул пара повертається в рідину.
Пар починає перетворюватися в рідину (конденсуватися) при певному поєднанні температури і тиску. Таке поєднання називається критичною точкою. Максимальна температура, нижче якої починається конденсація, називається критичною температурою. При температурі вище критичної газ ніколи не перетвориться в рідину.
У критичній точці межа розділу фазових станів рідина-пар розмивається. Зникає поверхневий натяг рідини, вирівнюються щільності рідини і її насиченої пари.
При динамічній рівновазі, коли число молекул, що залишають рідину і повертаються в неї одно, процеси випаровування і конденсації врівноважені.
При випаровуванні води її молекули утворюють водяну пару, який змішується з повітрям або іншим газом. Температура, при якій така пара в повітрі стає насиченим, починає конденсуватися при охолодженні і перетворюється в крапельки води, називається точкою роси.
Коли в повітрі знаходиться велика кількість водяної пари, говорять, що його вологість підвищена.
У природі випаровування і конденсацію ми спостерігаємо дуже часто. Ранковий туман, хмари, дощ - все це результат цих явищ. З земної поверхні при нагріванні випаровується волога. Молекули утворився пара піднімаються вгору. Зустрічаючи на своєму шляху прохолодні листочки або травинки, пар конденсується на них у вигляді крапельок роси. Трохи вище, в приземних шарах, він стає туманом. А високо в атмосфері при низькій температурі остиглий пар перетворюється в хмари, що складаються з крапельок води або кристалів льоду. Згодом з цих хмар на землю проллється дощ або випаде град.
Але крапельки води при конденсації утворюються лише в тому випадку, коли в повітрі знаходяться найдрібніші тверді або рідкі частинки, які називають ядрами конденсації. Ними можуть бути продукти горіння, розпилення, частинки пилу, морської солі над океаном, частинки, що утворилися в результаті хімічних реакцій в атмосфері і ін.
десублімації
Іноді речовина може перейти з газоподібного стану відразу в тверде, минаючи рідку стадію. Такий процес називається десублімації.
Крижані візерунки, які з'являються на стеклах в мороз, і є приклад десублімації. При заморозках грунт покривається інеєм - тонкими кристалами льоду, в які перетворилися водяну пару з повітря.