Fordampning kan oppstå ikke bare som et resultat av fordampning, men også under koking. La oss vurdere koking fra et energisynspunkt.
Det er alltid litt luft oppløst i en væske. Når en væske varmes opp, avtar mengden gass som er oppløst i den, som et resultat av at noe av den frigjøres i form av små bobler i bunnen og veggene av karet og på uoppløste faste partikler suspendert i væsken. Væske fordamper inn i disse luftboblene. Over tid blir dampene i dem mettet. Ved ytterligere oppvarming øker det mettede damptrykket inne i boblene og volumet deres. Når damptrykket inne i boblene blir lik atmosfærisk trykk, stiger de til overflaten av væsken under påvirkning av flytekraften til Arkimedes, brister og damp kommer ut av dem. Fordampning som skjer samtidig både fra overflaten av væsken og inne i selve væsken til luftbobler kalles koking. Temperaturen hvor trykket av mettet damp i boblene blir lik det ytre trykket kalles kokepunkt.
Siden de mettede damptrykkene til forskjellige væsker ved de samme temperaturene er forskjellige, blir de ved forskjellige temperaturer lik atmosfærisk trykk. Dette fører til at forskjellige væsker koker ved forskjellige temperaturer. Denne egenskapen til væsker brukes i sublimering av petroleumsprodukter. Når olje varmes opp, fordamper først de mest verdifulle, flyktige delene (bensin), som dermed skilles fra de "tunge" restene (oljer, fyringsolje).
Fra det faktum at koking oppstår når trykket til mettede damper er lik det ytre trykket på væsken, følger det at væskens kokepunkt avhenger av det ytre trykket. Hvis den økes, koker væsken ved en høyere temperatur, siden mettet damp krever en høyere temperatur for å oppnå dette trykket. Tvert imot, ved redusert trykk koker væsken ved lavere temperatur. Dette kan verifiseres av erfaring. Varm opp vannet i kolben til et oppkok og fjern alkohollampen (fig. 37, a). Vannet slutter å koke. Etter å ha lukket kolben med en propp, vil vi begynne å fjerne luft og vanndamp fra den med en pumpe, og dermed redusere trykket på vannet, som som et resultat koker. Etter å ha tvunget det til å koke i den åpne kolben, ved å pumpe luft inn i kolben vil vi øke trykket på vannet (Fig. 37, b) .Det slutter å koke. Ved trykk 1 atm vann koker ved 100°C, og kl 10 atm- ved 180°C. Denne avhengigheten brukes for eksempel i autoklaver, i medisin for sterilisering, i matlaging for å fremskynde tilberedning av matvarer.
For at en væske skal begynne å koke, må den varmes opp til koketemperatur. For å gjøre dette må du gi væsken energi, for eksempel mengden varme Q = cm(t° til - t° 0). Ved koking forblir temperaturen på væsken konstant. Dette skjer fordi mengden varme som rapporteres under koking ikke brukes på å øke den kinetiske energien til flytende molekyler, men på arbeidet med å bryte molekylære bindinger, dvs. på fordamping. Under kondensering frigjør damp, i henhold til loven om bevaring av energi, til miljøet den samme mengden varme som ble brukt på dampdannelse. Kondensering skjer ved kokepunktet, som forblir konstant under kondensasjonsprosessen. (Forklar hvorfor).
La oss lage en varmebalanseligning for fordampning og kondensering. Damp, tatt ved væskens kokepunkt, kommer inn i vannet i kalorimeteret gjennom rør A (fig. 38, a), kondenserer i det, noe som gir den mengden varme som brukes på produksjonen. Vann og kalorimeter mottar en mengde varme ikke bare fra kondensering av damp, men også fra væsken som oppnås fra den. Data for fysiske mengder er gitt i tabell. 3.
Den kondenserende dampen ga fra seg mengden varme Q p = rm 3(Fig. 38, b). Væsken oppnådd fra damp, etter å ha avkjølt fra t° 3 til θ°, ga fra seg en mengde varme Q 3 = c 2 m 3 (t 3 ° - θ °).
Kalorimeteret og vannet, oppvarmet fra t° 2 til θ° (fig. 38, c), mottok mengden varme
Q1 = c 1 m 1 (θ° - t° 2); Q 2 = c 2 m 2 (θ° - t° 2).
Basert på loven om bevaring og transformasjon av energi
Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,
Fra de ovennevnte betraktningene er det klart at kokepunktet til en væske må avhenge av det ytre trykket. Observasjoner bekrefter dette.
Jo større ytre trykk, jo høyere kokepunkt. Således, i en dampkjele ved et trykk som når 1,6 × 10 6 Pa, koker ikke vann selv ved en temperatur på 200 °C. I medisinske institusjoner forekommer vannkoking i hermetisk forseglede kar - autoklaver (fig. 6.11) også ved forhøyet trykk. Derfor er kokepunktet betydelig høyere enn 100 °C. Autoklaver brukes til å sterilisere kirurgiske instrumenter, bandasjer, etc.
Og omvendt, ved å redusere ytre trykk senker vi dermed kokepunktet. Under klokken til en luftpumpe kan du få vann til å koke ved romtemperatur (fig. 6.12). Når du bestiger fjell, synker atmosfæretrykket, derfor synker kokepunktet. I en høyde på 7134 m (Lenin-toppen i Pamirs) er trykket omtrent 4 · 10 4 Pa (300 mm Hg). Vann koker der ved ca 70 °C. Det er umulig å tilberede kjøtt, for eksempel under disse forholdene.
Figur 6.13 viser en kurve over kokepunktet til vann kontra ytre trykk. Det er lett å forstå at denne kurven også er en kurve som uttrykker avhengigheten av mettet vanndamptrykk på temperaturen.
Forskjeller i kokepunkt for væsker
Hver væske har sitt eget kokepunkt. Forskjellen i kokepunkt for væsker bestemmes av forskjellen i trykket til deres mettede damper ved samme temperatur. For eksempel har eterdamp allerede ved romtemperatur et trykk større enn halvt atmosfærisk. Derfor, for at eterdamptrykket skal bli lik atmosfærisk trykk, er det nødvendig med en liten økning i temperaturen (opptil 35 ° C). I kvikksølv har mettede damper et svært ubetydelig trykk ved romtemperatur. Trykket av kvikksølvdamp blir lik atmosfærisk trykk bare med en betydelig økning i temperaturen (opptil 357 ° C). Det er ved denne temperaturen, hvis det ytre trykket er 105 Pa, at kvikksølv koker.
Forskjellen i kokepunkt for stoffer er mye brukt i teknologi, for eksempel ved separering av petroleumsprodukter. Når oljen varmes opp, fordamper dens mest verdifulle, flyktige deler (bensin) først, som dermed kan skilles fra "tunge" rester (oljer, fyringsolje).
En væske koker når dens mettede damptrykk er lik trykket inne i væsken.
§ 6.6. Fordampningsvarme
Kreves energi for å endre væske til damp? Sannsynligvis ja! Er det ikke?
Vi bemerket (se § 6.1) at fordampningen av en væske er ledsaget av dens avkjøling. For å opprettholde temperaturen på den fordampende væsken uendret, er det nødvendig å tilføre varme utenfra. Selvfølgelig kan selve varmen overføres til væsken fra omkringliggende kropper. Dermed fordamper vannet i glasset, men temperaturen på vannet, litt lavere enn omgivelsestemperaturen, forblir uendret. Varme overføres fra luft til vann til alt vannet er fordampet.
For å opprettholde koking av vann (eller annen væske), må det også kontinuerlig tilføres varme, for eksempel ved å varme det opp med en brenner. I dette tilfellet øker ikke temperaturen på vannet og fartøyet, men en viss mengde damp produseres hvert sekund.
For å omdanne en væske til damp ved fordampning eller ved koking, kreves det derfor tilførsel av varme. Mengden varme som kreves for å omdanne en gitt masse væske til damp ved samme temperatur kalles fordampningsvarmen til denne væsken.
Hva brukes energien som tilføres kroppen på? Først av alt, for å øke dens indre energi under overgangen fra en væske til en gassformig tilstand: Tross alt øker dette volumet av stoffet fra volumet av væske til volumet av mettet damp. Følgelig øker den gjennomsnittlige avstanden mellom molekylene, og dermed deres potensielle energi.
I tillegg, når volumet av et stoff øker, jobbes det mot ytre trykkkrefter. Denne delen av fordampningsvarmen ved romtemperatur er vanligvis flere prosent av den totale fordampningsvarmen.
Fordampningsvarmen avhenger av typen væske, dens masse og temperatur. Avhengigheten av fordampningsvarmen av typen væske er preget av en verdi som kalles den spesifikke fordampningsvarmen.
Den spesifikke fordampningsvarmen til en gitt væske er forholdet mellom fordampningsvarmen til en væske og dens masse:
(6.6.1)
Hvor r- spesifikk varme av væskefordampning; T- masse væske; Q n- fordampningsvarmen. SI-enheten for spesifikk fordampningsvarme er joule per kilogram (J/kg).
Den spesifikke fordampningsvarmen til vann er svært høy: 2,256·10 6 J/kg ved en temperatur på 100 °C. For andre væsker (alkohol, eter, kvikksølv, parafin, etc.) er den spesifikke fordampningsvarmen 3-10 ganger mindre.
Koking –Dette er fordampning som skjer i volumet av hele væsken ved konstant temperatur.
Fordampningsprosessen kan skje ikke bare fra overflaten av væsken, men også inne i væsken. Dampbobler inne i en væske ekspanderer og flyter til overflaten hvis det mettede damptrykket er lik eller større enn det ytre trykket. Denne prosessen kalles koking. Mens væsken koker, forblir temperaturen konstant.
Ved en temperatur på 100 0 C er trykket til mettet vanndamp lik normalt atmosfærisk trykk, derfor koker vannet ved normalt trykk ved 100 ° C. Ved en temperatur på 80 °C er det mettede damptrykket omtrent halvparten av det normale atmosfæriske trykket. Derfor koker vann ved 80 °C hvis trykket over det reduseres til 0,5 normalt atmosfærisk trykk (figur).
Når det ytre trykket synker, synker væskens kokepunkt; når trykket øker, øker kokepunktet.
Flytende kokepunkt- Dette er temperaturen der trykket av mettet damp i boblene til en væske er lik det ytre trykket på overflaten.
Kritisk temperatur.
I 1861 D.I. Mendeleev fastslo at for hver væske må det være en temperatur der forskjellen mellom væsken og dens damp forsvinner. Mendeleev kalte det absolutt kokepunkt (kritisk temperatur). Det er ingen grunnleggende forskjell mellom gass og damp. Som oftest gass et stoff i gassform kalles når temperaturen er over kritisk, og ferje- når temperaturen er under kritisk.
Den kritiske temperaturen til et stoff er temperaturen der væskens tetthet og densiteten til den mettede dampen blir den samme.
Ethvert stoff som er i gassform kan bli til en væske. Hvert stoff kan imidlertid bare oppleve en slik transformasjon ved temperaturer under en viss verdi spesifikk for hvert stoff, kalt den kritiske temperaturen Tc. Ved temperaturer over den kritiske temperaturen blir ikke stoffet til en væske ved noe trykk.
Den ideelle gassmodellen er anvendelig for å beskrive egenskapene til gasser som faktisk eksisterer i naturen i et begrenset område av temperaturer og trykk. Når temperaturen faller under den kritiske for en gitt gass, kan ikke lenger virkningen av tiltrekningskrefter mellom molekyler neglisjeres, og ved tilstrekkelig høyt trykk er molekylene til stoffet forbundet med hverandre.
Hvis et stoff har en kritisk temperatur og kritisk trykk, kalles dets tilstand en kritisk tilstand.
(Når vann varmes opp, frigjøres luften som er oppløst i det ved karets vegger og antall bobler øker kontinuerlig, og volumet deres øker. Hvis volumet av boblen er tilstrekkelig stort, river Archimedes-kraften som virker på den den. fra bunnoverflaten og løfter den opp, og i stedet for den løsnede boblen er det igjen embryoet til en ny boble. Siden når en væske varmes opp nedenfra, er dens øvre lag kaldere enn de nedre, så når boblen stiger, vanndampen i den kondenserer, og luften løses opp igjen i vannet og volumet av boblen avtar. Mange bobler, før de når overflaten av vannet, forsvinner, og noen når overflaten. På dette tidspunktet er svært lite luft og damp igjen i dem Dette skjer helt til, på grunn av konveksjon, temperaturen i hele væsken blir den samme Når temperaturen i væsken utjevner seg, vil volumet av bobler øke når de stiger . Dette er forklart som følger. Når den samme temperaturen har etablert seg i hele væsken og boblen stiger, forblir trykket av den mettede dampen inne i boblen konstant, og det hydrostatiske trykket (trykket i det øvre laget av væsken) synker, slik at boblen vokser. Når boblen vokser, fylles hele rommet inne i boblen med mettet damp. Når en slik boble når overflaten av væsken, er trykket til den mettede dampen i den lik atmosfæretrykket på overflaten av væsken.)
OPPGAVER
1.Relativ fuktighet ved 20°C er 58%. Ved hvilken maksimal temperatur vil dugg falle?
2. Hvor mye vann må fordampes i 1000 ml luft, hvis relative fuktighet er 40 % ved 283 K, for å fukte det til 40 % ved 290 K?
3. Luft ved en temperatur på 303 K har et duggpunkt på 286 K. Bestem luftens absolutte og relative fuktighet.
4.Ved 28°C er relativ luftfuktighet 50 %. Bestem massen av dugg som falt fra 1 km3 luft når temperaturen synker til 12°C.
5. I et rom med et volum på 200 m3 er den relative luftfuktigheten ved 20°C 70 %. Bestem massen av vanndamp i luften i rommet.
Koking er prosessen med å endre aggregeringstilstanden til et stoff. Når vi snakker om vann, mener vi endringen fra flytende tilstand til damptilstand. Det er viktig å merke seg at koking ikke er fordampning, som kan oppstå selv ved romtemperatur. Det bør heller ikke forveksles med koking, som er prosessen med å varme opp vann til en viss temperatur. Nå som vi har forstått begrepene, kan vi bestemme ved hvilken temperatur vann koker.
Prosess
Prosessen med å transformere aggregeringstilstanden fra flytende til gassformig er kompleks. Og selv om folk ikke ser det, er det 4 stadier:
- I det første trinnet dannes det små bobler i bunnen av den oppvarmede beholderen. De kan også sees på sidene eller på overflaten av vannet. De dannes på grunn av utvidelsen av luftbobler, som alltid er tilstede i sprekkene i beholderen der vannet varmes opp.
- I det andre trinnet øker volumet av bobler. De begynner alle å skynde seg til overflaten, siden inni dem er det mettet damp, som er lettere enn vann. Når oppvarmingstemperaturen øker, øker trykket i boblene, og de skyves til overflaten takket være den velkjente Archimedes-kraften. I dette tilfellet kan du høre den karakteristiske lyden av koking, som dannes på grunn av konstant utvidelse og reduksjon i størrelsen på boblene.
- På det tredje stadiet kan et stort antall bobler sees på overflaten. Dette skaper i utgangspunktet uklarhet i vannet. Denne prosessen kalles populært "hvitkoking", og den varer en kort periode.
- På det fjerde trinnet koker vannet intenst, store sprengende bobler vises på overflaten, og sprut kan dukke opp. Oftest betyr sprut at væsken har nådd sin maksimale temperatur. Damp vil begynne å strømme ut fra vannet.
Det er kjent at vann koker ved en temperatur på 100 grader, noe som bare er mulig på det fjerde trinnet.
Damptemperatur
Damp er en av vanntilstandene. Når den kommer inn i luften, utøver den, som andre gasser, et visst trykk på den. Under fordampning forblir temperaturen på damp og vann konstant inntil hele væsken endrer sin aggregeringstilstand. Dette fenomenet kan forklares med at under koking brukes all energi på å omdanne vann til damp.
Helt i begynnelsen av kokingen dannes det fuktig, mettet damp, som blir tørr etter at all væsken har fordampet. Hvis temperaturen begynner å overstige vanntemperaturen, blir slik damp overopphetet, og dens egenskaper vil være nærmere gass.
Kokende saltvann
Det er ganske interessant å vite ved hvilken temperatur vann med høyt saltinnhold koker. Det er kjent at det bør være høyere på grunn av innholdet av Na+ og Cl-ioner i sammensetningen, som opptar området mellom vannmolekyler. Slik skiller den kjemiske sammensetningen av vann med salt seg fra vanlig fersk væske.
Faktum er at i saltvann finner en hydreringsreaksjon sted - prosessen med å tilsette vannmolekyler til saltioner. Bindingene mellom ferskvannsmolekyler er svakere enn de som dannes under hydrering, så det vil ta lengre tid før en væske med oppløst salt koker. Når temperaturen stiger, beveger molekylene i saltvann seg raskere, men det er færre av dem, noe som fører til at kollisjoner mellom dem forekommer sjeldnere. Som et resultat produseres det mindre damp, og trykket er derfor lavere enn damptrykket til ferskvann. Følgelig vil det kreves mer energi (temperatur) for fullstendig fordamping. I gjennomsnitt, for å koke en liter vann som inneholder 60 gram salt, er det nødvendig å øke kokegraden av vann med 10% (det vil si med 10 C).
Avhengighet av koking på trykk
Det er kjent at i fjellet, uavhengig av den kjemiske sammensetningen av vannet, vil kokepunktet være lavere. Dette skjer fordi atmosfærisk trykk er lavere i høyden. Normalt trykk anses å være 101.325 kPa. Med det er kokepunktet for vann 100 grader Celsius. Men klatrer du et fjell, hvor trykket i gjennomsnitt er 40 kPa, så vil vannet der koke til 75,88 C. Men dette betyr ikke at du må bruke nesten halvparten så mye tid på å lage mat i fjellet. Varmebehandling av matvarer krever en viss temperatur.
Det antas at i en høyde på 500 meter over havet vil vannet koke ved 98,3 C, og i en høyde på 3000 meter vil kokepunktet være 90 C.
Merk at denne loven også gjelder i motsatt retning. Hvis du plasserer en væske i en lukket kolbe som damp ikke kan passere gjennom, vil trykket i denne kolben øke når temperaturen stiger og damp dannes, og koking ved økt trykk vil skje ved høyere temperatur. For eksempel, ved et trykk på 490,3 kPa, vil kokepunktet for vann være 151 C.
Kokende destillert vann
Destillert vann er renset vann uten urenheter. Det brukes ofte til medisinske eller tekniske formål. Med tanke på at det ikke er urenheter i slikt vann, brukes det ikke til matlaging. Det er interessant å merke seg at destillert vann koker raskere enn vanlig ferskvann, men kokepunktet forblir det samme - 100 grader. Forskjellen i koketid vil imidlertid være minimal – bare en brøkdel av et sekund.
I en tekanne
Folk lurer ofte på hvilken temperatur vann koker i en vannkoker, siden dette er enhetene de bruker til å koke væsker. Tatt i betraktning det faktum at det atmosfæriske trykket i leiligheten er lik standard, og vannet som brukes ikke inneholder salter og andre urenheter som ikke bør være der, vil kokepunktet også være standard - 100 grader. Men hvis vannet inneholder salt, vil kokepunktet, som vi allerede vet, være høyere.
Konklusjon
Nå vet du ved hvilken temperatur vann koker, og hvordan atmosfærisk trykk og væskesammensetningen påvirker denne prosessen. Det er ikke noe komplisert med dette, og barn får slik informasjon på skolen. Det viktigste er å huske at når trykket synker, synker også væskens kokepunkt, og når det øker, øker det også.
På Internett kan du finne mange forskjellige tabeller som indikerer avhengigheten av en væskes kokepunkt av atmosfæretrykket. De er tilgjengelige for alle og brukes aktivt av skoleelever, studenter og til og med lærere ved institutter.
Siden metningsdamptrykket er unikt bestemt av temperaturen, og kokingen av en væske skjer i det øyeblikket metningsdamptrykket til denne væsken er lik det ytre trykket, må kokepunktet avhenge av det ytre trykket. Ved hjelp av eksperimenter er det lett å vise at når det ytre trykket synker, synker kokepunktet, og når trykket øker, øker det.
Kokingen av en væske ved redusert trykk kan demonstreres ved å bruke følgende eksperiment. Vann fra springen helles i et glass og et termometer senkes ned i det. Et glass vann plasseres under glassdekselet til vakuumenheten og pumpen slås på. Når trykket under panseret synker tilstrekkelig, begynner vannet i glasset å koke. Siden det brukes energi på dampdannelse, begynner temperaturen på vannet i glasset å synke når det koker, og når pumpen fungerer bra fryser vannet til slutt.
Oppvarming av vann til høye temperaturer utføres i kjeler og autoklaver. Strukturen til autoklaven er vist i fig. 8.6, hvor K er en sikkerhetsventil, er en spak som trykker på ventilen, M er en trykkmåler. Ved trykk større enn 100 atm varmes vannet opp til temperaturer over 300 °C.
Tabell 8.2. Kokepunkter for noen stoffer
Kokepunktet til en væske ved normalt atmosfærisk trykk kalles kokepunktet. Fra bordet 8.1 og 8.2 er det klart at metningsdamptrykket for eter, vann og alkohol ved kokepunktet er 1,013 105 Pa (1 atm).
Av det ovenstående følger det at i dype gruver skal vann koke ved en temperatur over 100 °C, og i fjellområder - under 100 °C. Siden kokepunktet til vannet avhenger av høyden over havet, kan du på termometerskalaen, i stedet for temperaturen, angi høyden der vannet koker ved denne temperaturen. Å bestemme høyden ved hjelp av et slikt termometer kalles hypsometri.
Erfaring viser at kokepunktet til en løsning alltid er høyere enn kokepunktet til et rent løsningsmiddel, og øker med økende konsentrasjon av løsningen. Imidlertid er temperaturen på dampen over overflaten av den kokende løsningen lik kokepunktet til det rene løsningsmidlet. Derfor, for å bestemme kokepunktet til en ren væske, er det bedre å plassere termometeret ikke i væsken, men i dampen over overflaten av den kokende væsken.
Kokeprosessen er nært knyttet til tilstedeværelsen av oppløst gass i væsken. Hvis gassen som er oppløst i den, fjernes fra en væske, for eksempel ved langvarig koking, kan denne væsken varmes opp til en temperatur som er betydelig høyere enn dens kokepunkt. En slik væske kalles overopphetet. I fravær av gassbobler forhindres dannelsen av små dampbobler, som kan bli fordampningssentre, av Laplace-trykket, som er høyt ved en liten radius av boblen. Dette forklarer overoppheting av væsken. Når det koker, skjer kokingen veldig voldsomt.
Laster inn...
