Zavisnost temperature ključanja od vanjskih faktora. Šta određuje ključanje vode? Kipuća destilovana voda

Za pripremu raznih ukusna jela, voda je često potrebna, a ako se zagrije proključaće prije ili kasnije. Svaki obrazovana osoba istovremeno zna da voda počinje da ključa na temperaturi od sto stepeni Celzijusa, a daljim zagrevanjem njena temperatura se ne menja. To je ovo svojstvo vode koje se koristi u kuvanju. Međutim, ne znaju svi da to nije uvijek slučaj. Voda može ključati na različite temperature zavisno od uslova u kojima se nalazi. Pokušajmo shvatiti o čemu ovisi tačka ključanja vode i kako je treba koristiti.

Kada se zagrije, temperatura vode se približava tački ključanja, a u cijelom volumenu se formiraju brojni mjehurići unutar kojih se nalazi vodena para. Gustoća pare je manja od gustine vode, pa ih Arhimedova sila koja djeluje na mjehuriće podiže na površinu. Istovremeno, volumen mjehurića se ili povećava ili smanjuje, pa kipuća voda proizvodi karakteristične zvukove. Dospijevajući na površinu, mjehurići s vodenom parom pucaju, vrela voda intenzivno žubori, oslobađajući vodenu paru;

Tačka ključanja eksplicitno zavisi od pritiska koji se vrši na površini vode, što se objašnjava zavisnošću od pritiska zasićena para, koji se nalazi u mjehurićima, na temperaturi. U tom slučaju se količina pare unutar mjehurića, a istovremeno i njihov volumen, povećava sve dok pritisak zasićene pare ne pređe pritisak vode. Ovaj pritisak je kombinacija hidrostatskog pritiska vode, izazvanog gravitacionim privlačenjem Zemlje, i spoljašnjeg atmosferskog pritiska. Stoga se tačka ključanja vode povećava kako se atmosferski tlak povećava i smanjuje kako se smanjuje. Samo u slučaju normalnog atmosferskog pritiska od 760 mmHg. (1 atm.) voda ključa na 100 0 C. U nastavku je prikazan grafik zavisnosti tačke ključanja vode od atmosferskog pritiska:

Iz grafikona se može vidjeti da ako povećamo Atmosferski pritisak do 1,45 atm, tada će voda ključati već na 110 0 C. Pri pritisku zraka od 2,0 atm. voda će ključati na 120 0 C i tako dalje. Povećanjem tačke ključanja vode može se ubrzati i poboljšati proces pripreme toplih jela. U tu svrhu izmišljeni su ekspres lonci - lonci sa posebnim hermetički zatvorenim poklopcem, opremljeni posebnim ventilima za regulaciju temperature ključanja. Zbog nepropusnosti, pritisak u njima se povećava na 2-3 atm, što osigurava tačku ključanja vode 120-130 0 C. Međutim, treba imati na umu da je upotreba ekspres lonca prepuna opasnosti: para izlazi od njih ima visok pritisak i visoke temperature. Stoga morate biti maksimalno oprezni kako se ne biste opekli.

Suprotan efekat se opaža ako se atmosferski pritisak smanji. U ovom slučaju, temperatura ključanja se također smanjuje, što se događa s povećanjem nadmorske visine:

U prosjeku, s porastom od 300 m, tačka ključanja vode se smanjuje za 1 0 C, a dovoljno visoko u planinama pada na 80 0 C, što može dovesti do određenih poteškoća u kuhanju.

Ako dodatno smanjimo pritisak, na primjer, pumpanjem zraka iz posude s vodom, tada pri tlaku zraka od 0,03 atm. voda će već ključati na sobnoj temperaturi, a to je prilično neobično, jer je uobičajena tačka ključanja vode 100 0 C.

Prilikom ključanja tekućina se počinje intenzivno pretvarati u paru, a u njoj se stvaraju mjehurići pare i dižu se na površinu. Kada se zagrije, para se prvo pojavljuje samo na površini tekućine, a zatim ovaj proces počinje u cijelom volumenu. Na dnu i zidovima posude pojavljuju se mali mjehurići. Kako temperatura raste, pritisak unutar mjehurića raste, oni se povećavaju i dižu se prema gore.

Kada temperatura dostigne takozvanu tačku ključanja, počinje brzo stvaranje mehurića, ima ih mnogo, a tečnost počinje da ključa. Nastaje para, čija temperatura ostaje konstantna sve dok sva voda ne bude prisutna. Ako se isparavanje dogodi u normalnim uslovima, pri standardnom pritisku od 100 mPa, njegova temperatura je 100°C. Ako umjetno povećate pritisak, možete dobiti pregrijana para. Naučnici su uspjeli zagrijati vodenu paru na temperaturu od 1227 °C uz daljnje zagrijavanje, disocijacija iona pretvara paru u plazmu.

Pri datom sastavu i konstantnom pritisku, tačka ključanja bilo koje tečnosti je konstantna. U udžbenicima i priručnicima možete vidjeti tablice koje pokazuju tačku ključanja raznih tekućina, pa čak i metala. Na primjer, voda ključa na temperaturi od 100°C, na 78,3°C, etar na 34,6°C, zlato na 2600°C, a srebro na 1950°C. Ovaj podatak je za standardni pritisak od 100 mPa, izračunat je na nivou mora.

Kako promijeniti tačku ključanja

Ako se tlak smanji, temperatura ključanja se smanjuje, čak i ako sastav ostane isti. To znači da ako se popnete na planinu visoku 4000 metara sa loncem vode i stavite je na vatru, voda će ključati na 85°C, a za to će biti potrebno mnogo manje drva za ogrev nego ispod.

Domaćice će zanimati poređenje s ekspres loncu, u kojem se tlak umjetno povećava. Istovremeno se povećava i tačka ključanja vode, zbog čega se hrana kuha mnogo brže. Moderni ekspres lonci vam omogućavaju nesmetanu promjenu temperature ključanja od 115 do 130°C ili više.

Još jedna tajna tačke ključanja vode leži u njenom sastavu. Tvrda voda, koja sadrži različite soli, duže prokuva i zahtijeva više energije za zagrijavanje. Ako u litar vode dodate dvije supene kašike soli, njena tačka ključanja će se povećati za 10°C. Isto se može reći i za šećer, 10% šećerni sirup ključa na temperaturi od 100,1°C.

Iz gore navedenih razmatranja jasno je da tačka ključanja tečnosti mora zavisiti od spoljašnjeg pritiska. Zapažanja to potvrđuju.

Što je veći vanjski pritisak, to je viša tačka ključanja. Dakle, u parnom kotlu pri pritisku koji dostiže 1,6 × 10 6 Pa, voda ne ključa ni na temperaturi od 200 °C. U medicinskim ustanovama, ključanje vode u hermetički zatvorenim posudama - autoklavima (slika 6.11) se javlja i kada visok krvni pritisak. Stoga je tačka ključanja znatno viša od 100 °C. Autoklavi se koriste za sterilizaciju hirurških instrumenata, zavoja itd.

I obrnuto, smanjenjem vanjskog pritiska, snižavamo na taj način tačku ključanja. Ispod zvona vazdušne pumpe možete dovesti do ključanja vode na sobnoj temperaturi (slika 6.12). Kako se penjete na planine, atmosferski pritisak se smanjuje, stoga se smanjuje tačka ključanja. Na nadmorskoj visini od 7134 m (Lenjinov vrh na Pamiru) pritisak je približno 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Tamo voda ključa na oko 70 °C. Nemoguće je kuhati meso, na primjer, pod ovim uvjetima.

Slika 6.13 prikazuje krivu tačke ključanja vode u odnosu na vanjski pritisak. Lako je shvatiti da je i ova kriva kriva koja izražava zavisnost pritiska zasićene vodene pare o temperaturi.

Razlike u tačkama ključanja tečnosti

Svaka tečnost ima svoju tačku ključanja. Razlika u tačkama ključanja tečnosti određena je razlikom u pritisku njihovih zasićenih para na istoj temperaturi. Na primjer, pare etera već na sobnoj temperaturi imaju pritisak veći od polovine atmosferskog. Stoga, da bi tlak eterske pare postao jednak atmosferskom tlaku, potrebno je lagano povećanje temperature (do 35 °C). U živi, ​​zasićene pare imaju vrlo zanemariv pritisak na sobnoj temperaturi. Pritisak pare žive postaje jednak atmosferskom pritisku samo uz značajno povećanje temperature (do 357 ° C). Na ovoj temperaturi, ako je vanjski pritisak 105 Pa, živa ključa.

Razlika u tačkama ključanja tvari široko se koristi u tehnologiji, na primjer, u odvajanju naftnih derivata. Kada se ulje zagrije, njegovi najvredniji, isparljivi dijelovi (benzin) prvo ispare, koji se tako mogu odvojiti od „teških“ ostataka (ulja, lož ulja).

Tečnost ključa kada je pritisak njene zasićene pare jednak pritisku unutar tečnosti.

§ 6.6. Toplota isparavanja

Da li je potrebna energija da se tečnost pretvori u paru? Vjerovatno da! Nije li?

Primetili smo (videti § 6.1) da je isparavanje tečnosti praćeno njenim hlađenjem. Da bi se temperatura tekućine koja isparava održala nepromijenjena, potrebno je dovod topline izvana. Naravno, sama toplota se može preneti na tečnost iz okolnih tela. Tako voda u čaši isparava, ali temperatura vode, nešto niža od temperature okoline, ostaje nepromijenjena. Toplota se prenosi sa vazduha na vodu sve dok sva voda ne ispari.

Za održavanje ključanja vode (ili druge tekućine), također joj se mora kontinuirano dovoditi toplina, na primjer, zagrijavanjem pomoću plamenika. U tom slučaju se temperatura vode i posude ne povećava, već se svake sekunde proizvodi određena količina pare.

Dakle, da bi se tečnost pretvorila u paru isparavanjem ili ključanjem, potreban je unos toplote. Količina topline potrebna da se određena masa tekućine pretvori u paru na istoj temperaturi naziva se toplina isparavanja te tekućine.

Na šta se troši energija dovedena u organizam? Prije svega, povećati svoju unutrašnju energiju tijekom prijelaza iz tekućeg u plinovito stanje: na kraju krajeva, to povećava volumen tvari iz volumena tekućine u volumen zasićene pare. Posljedično, prosječna udaljenost između molekula se povećava, a time i njihova potencijalna energija.

Osim toga, kako se volumen tvari povećava, rad se vrši protiv vanjskih sila pritiska. Ovaj dio topline isparavanja na sobnoj temperaturi obično iznosi nekoliko posto ukupne topline isparavanja.

Toplota isparavanja zavisi od vrste tečnosti, njene mase i temperature. Ovisnost topline isparavanja o vrsti tekućine karakterizira vrijednost koja se naziva specifična toplina isparavanja.

Specifična toplota isparavanja date tečnosti je odnos toplote isparavanja tečnosti i njene mase:

(6.6.1)

Gdje r- specifična toplota isparavanja tečnosti; T- masa tečnosti; Q n- njegova toplota isparavanja. SI jedinica specifične toplote isparavanja je džul po kilogramu (J/kg).

Specifična toplota isparavanja vode je veoma visoka: 2,256·10 6 J/kg na temperaturi od 100 °C. Za ostale tečnosti (alkohol, etar, živa, kerozin itd.) specifična toplota isparavanja je 3-10 puta manja.

Kipuće- ovo je isparavanje koje se dešava istovremeno i sa površine i kroz čitavu zapreminu tečnosti. Sastoji se od toga da brojni mjehurići isplivaju i pucaju, uzrokujući karakteristično kiptanje.

Kao što pokazuje iskustvo, ključanje tečnosti pri datom spoljašnjem pritisku počinje na dobro definisanoj temperaturi koja se ne menja tokom procesa ključanja i može se desiti samo kada se energija dovodi spolja kao rezultat razmene toplote (slika 1. ):

gdje je L specifična toplina isparavanja na tački ključanja.

Mehanizam ključanja: tečnost uvijek sadrži otopljeni plin, čiji se stepen rastvaranja smanjuje s povećanjem temperature. Osim toga, na zidovima posude postoji adsorbirani plin. Kada se tečnost zagreje odozdo (slika 2), gas počinje da se oslobađa u obliku mehurića na zidovima posude. Tečnost isparava u ove mehuriće. Stoga, osim zraka, sadrže i zasićenu paru, čiji pritisak brzo raste s povećanjem temperature, a mjehurići rastu u volumenu, a posljedično se povećavaju i Arhimedove sile koje djeluju na njih. Kada sila uzgona postane veća od gravitacije mehurića, on počinje da pluta. Ali dok se tečnost ne zagreje ravnomerno, kako se uzdiže, zapremina mjehurića se smanjuje (pritisak zasićene pare opada sa smanjenjem temperature) i, prije nego što dođu do slobodne površine, mjehurići nestaju (kolapse) (slika 2, a), što zato čujemo karakterističnu buku prije ključanja. Kada se temperatura tečnosti izjednači, zapremina mjehurića će se povećavati kako se diže, jer se pritisak zasićene pare ne mijenja, a vanjski pritisak na mjehur, koji je zbir hidrostatskog pritiska tečnosti iznad mjehurića a atmosferski pritisak se smanjuje. Mjehur dospijeva na slobodnu površinu tečnosti, puca i izlazi zasićena para (slika 2, b) - tečnost ključa. Pritisak zasićene pare u mjehurićima je skoro jednak vanjskom pritisku.

Temperatura pri kojoj je pritisak zasićene pare tečnosti jednak spoljašnjem pritisku na njenoj slobodnoj površini naziva se tačka ključanja tečnosti.

Pošto pritisak zasićene pare raste sa povećanjem temperature, a tokom ključanja mora biti jednak spoljašnjem pritisku, onda sa povećanjem spoljašnjeg pritiska tačka ključanja raste.

Tačka ključanja također ovisi o prisutnosti nečistoća, koja se obično povećava sa povećanjem koncentracije nečistoća.

Ako prvo oslobodite tekućinu od plina otopljenog u njoj, onda se može pregrijati, tj. toplote iznad tačke ključanja. Ovo je nestabilno stanje tečnosti. Dovoljni su mali udari i tečnost proključa, a njena temperatura odmah pada na tačku ključanja.