Kiehumispisteen riippuvuus ulkoisista tekijöistä. Mikä määrittää veden kiehumisen. Kiehuva tislattu vesi

Valmistella erilaisia herkullisia annoksia, vettä tarvitaan usein, ja jos sitä kuumennetaan, se ennemmin tai myöhemmin kiehuu. Jokainen koulutettu henkilö samaan aikaan hän tietää, että vesi alkaa kiehua 100 celsiusasteen lämpötilassa, ja jatkossa lämmittämällä sen lämpötila ei muutu. Tätä veden ominaisuutta käytetään ruoanlaitossa. Kaikki eivät kuitenkaan tiedä, että näin ei aina ole. Vesi voi kiehua kun eri lämpötiloissa riippuen olosuhteista, joissa se sijaitsee. Yritetään selvittää, mistä veden kiehumispiste riippuu ja miten sitä tulisi käyttää.

Kuumennettaessa veden lämpötila lähestyy kiehumispistettä ja koko tilavuuteen muodostuu lukuisia kuplia, joiden sisällä vesihöyry sijaitsee. Höyryntiheys on pienempi kuin veden tiheys, joten Archimedes -voima, joka vaikuttaa kupliin, nostaa ne pintaan. Tässä tapauksessa kuplien tilavuus joko kasvaa tai pienenee, joten kiehuva vesi antaa ominaisia ​​ääniä. Pinnalle saavuttaessaan vesihöyryllä olevat kuplat puhkeavat, minkä vuoksi kiehuva vesi ryntää voimakkaasti ja vapauttaa vesihöyryä.

Kiehumispiste riippuu nimenomaan veden pintaan kohdistuvasta paineesta, mikä selittyy paineen riippuvuudella kylläistä höyryä sijaitsee lämpötilan kuplissa. Tässä tapauksessa kuplien sisällä oleva höyryn määrä ja sen mukana niiden tilavuus kasvaa, kunnes kylläisen höyryn paine ylittää veden paineen. Tämä paine on veden hydrostaattisen paineen summa, joka johtuu maapallon vetovoimasta ja ulkoisesta ilmanpaineesta. Siksi veden kiehumispiste kasvaa ilmanpaineen kasvaessa ja laskee ilmanpaineen laskiessa. Vain normaalin ilmanpaineen ollessa 760 mm Hg. (1 atm.) Vesi kiehuu 100 0 C: ssa. Kaavio veden kiehumispisteen riippuvuudesta ilmanpaineesta on esitetty alla:

Kaavio osoittaa sen, jos lisäät Ilmakehän paine 1,45 atm asti, vesi kiehuu jo 110 ° C: ssa. 2,0 atm: n ilmanpaineessa. vesi kiehuu 120 ° C: ssa ja niin edelleen. Veden kiehumispisteen nostamisella voidaan nopeuttaa ja parantaa kuumien ruokien kypsennysprosessia. Tätä varten keksittiin painekattilat - kattilat, joissa on erityinen hermeettisesti suljettu kansi, varustettu erityisillä venttiileillä kiehumislämpötilan säätämiseksi. Tiiviyden vuoksi niiden paine nousee 2-3 atm: iin, mikä takaa veden kiehumispisteen 120-130 0 C. On kuitenkin muistettava, että painekattilan käyttö on täynnä vaaraa: höyry tulee niistä on korkea paine ja korkea kuume... Siksi sinun on oltava mahdollisimman varovainen, jotta et palaisi.

Päinvastainen vaikutus ilmenee, jos ilmanpaine laskee. Tässä tapauksessa myös kiehumispiste laskee, mikä tapahtuu korkeuden noustessa merenpinnan yläpuolella:

Keskimäärin 300 metrin nousun myötä veden kiehumispiste laskee 1 0 C ja laskee melko korkealle vuoristossa 80 0 C: een, mikä voi aiheuttaa joitain vaikeuksia ruoanlaitossa.

Jos painetta alennetaan edelleen esimerkiksi pumppaamalla ilmaa ulos astiasta vedellä, niin ilmanpaineessa 0,03 atm. vesi kiehuu huoneenlämmössä, ja tämä on melko epätavallista, koska veden tavallinen kiehumispiste on 100 0 C.

Kiehuessaan neste alkaa muuttua voimakkaasti höyryksi, siihen muodostuu höyrykuplia, jotka nousevat pintaan. Kuumennettaessa aluksi höyry ilmestyy vain nesteen pinnalle, sitten tämä prosessi alkaa koko tilavuuden. Astian pohjalle ja seinille ilmestyy pieniä kuplia. Kun lämpötila nousee, paine kuplien sisällä kasvaa, ne lisääntyvät ja nousevat ylöspäin.

Kun lämpötila saavuttaa ns. Kiehumispisteen, alkaa kuplien nopea muodostuminen, niitä on paljon, neste kiehuu. Muodostuu höyryä, jonka lämpötila pysyy vakiona, kunnes kaikki vesi on. Jos höyrystyminen tapahtuu normaaleissa olosuhteissa, vakiopaineessa 100 MPa, sen lämpötila on 100 ° C. Jos painetta nostetaan keinotekoisesti, voit saada sen tulistettu höyry... Tutkijat onnistuivat lämmittämään vesihöyryn 1227 ° C: n lämpötilaan, kun sitä edelleen lämmitetään, ionien hajoaminen muuttaa höyryn plasmaksi.

Tietyllä koostumuksella ja vakio paineella minkä tahansa nesteen kiehumispiste on vakio. Oppikirjoissa ja käsikirjoissa näet taulukot, jotka osoittavat eri nesteiden ja jopa metallien kiehumispisteet. Esimerkiksi vesi kiehuu 100 ° C: n lämpötilassa, 78,3 ° C: ssa, eetteri 34,6 ° C: ssa, kulta 2600 ° C: ssa ja hopea 1950 ° C: ssa. Nämä tiedot koskevat 100 MPa: n vakiopaineita ja ne lasketaan merenpinnan tasolla.

Kuinka muuttaa kiehumispiste

Jos paine laskee, kiehumispiste laskee, vaikka koostumus pysyisi samana. Tämä tarkoittaa, että jos kiipeät 4000 metrin korkealle vuorelle vesipannulla ja laitat sen tuleen, vesi kiehuu 85 ° C: ssa, mikä vaatii paljon vähemmän polttopuita kuin alla.

Kotiäidit ovat kiinnostuneita vertailusta painekattilaan, jossa painetta nostetaan keinotekoisesti. Myös veden kiehumispiste nousee, minkä vuoksi ruoka kypsyy paljon nopeammin. Nykyaikaisten painekeittimien avulla voit muuttaa sujuvasti kiehumispisteen 115 ° C: sta 130 ° C: een ja enemmän.

Toinen veden kiehumispisteen salaisuus on sen koostumus. Kova vesi, joka sisältää erilaisia ​​suoloja, kiehuu kauemmin ja vaatii enemmän energiaa kuumentuakseen. Jos lisäät kaksi ruokalusikallista suolaa litraan vettä, sen kiehumispiste nousee 10 ° C. Sama voidaan sanoa sokerista, 10% sokerisiirappi kiehuu 100,1 ° C: n lämpötilassa.

Edellä olevasta päättelystä käy selvästi ilmi, että nesteen kiehumispisteen tulisi riippua ulkoisesta paineesta. Havainnot vahvistavat tämän.

Mitä korkeampi ulkoinen paine, sitä korkeampi kiehumispiste. Joten höyrykattilassa paineessa 1,6 · 10 6 Pa vesi ei kiehu edes 200 ° C: n lämpötilassa. Lääketieteellisissä laitoksissa veden kiehuminen ilmatiiviisti suljetuissa astioissa - autoklaaveissa (kuva 6.11) tapahtuu myös silloin, kun korkea verenpaine... Siksi kiehumispiste on merkittävästi yli 100 ° C. Autoklaaveja käytetään kirurgisten instrumenttien, sidosten jne. Sterilointiin.

Sitä vastoin pienentämällä ulkoista painetta alennamme kiehumispistettä. Ilmapumpun kellon alla voit laittaa veden kiehumaan huoneenlämmössä (kuva 6.12). Vuorille kiipeäessä ilmanpaine laskee, joten kiehumispiste laskee. 7134 m: n korkeudessa (Leninin huippu Pamirsissa) paine on noin 4 104 Pa (300 mm Hg). Siellä vesi kiehuu noin 70 asteessa. Esimerkiksi lihan kypsentäminen näissä olosuhteissa on mahdotonta.

Kuva 6.13 esittää käyrän veden kiehumispisteen riippuvuudesta ulkoisesta paineesta. On helppo ymmärtää, että tämä käyrä on samalla käyrä, joka ilmaisee kyllästetyn vesihöyryn paineen riippuvuuden lämpötilasta.

Ero nesteiden kiehumispisteissä

Jokaisella nesteellä on oma kiehumispiste. Ero nesteiden kiehumispisteissä määräytyy niiden tyydyttyneen höyryn paineen erosta samassa lämpötilassa. Esimerkiksi eetterihöyryjen paine on jo huoneenlämmössä yli puolet ilmakehän paineesta. Siksi, jotta eetterin höyrynpaine muuttuisi ilmakehän paineeksi, tarvitaan lievää lämpötilan nousua (jopa 35 ° C). Elohopeassa kyllästetyillä höyryillä on ehdottoman vähäinen paine huoneenlämmössä. Elohopean höyrynpaine muuttuu ilmakehän arvoksi vain, jos lämpötila nousee merkittävästi (jopa 357 ° C). Tässä lämpötilassa, jos ulkoinen paine on 105 Pa, elohopea kiehuu.

Aineiden kiehumispisteiden eroa käytetään laajalti tekniikassa, esimerkiksi öljytuotteiden erottamisessa. Kun öljyä kuumennetaan, arvokkaimmat, haihtuvat osat (bensiini) haihtuvat ensin, jotka voidaan siten erottaa "raskaista" jäämistä (öljyt, polttoöljy).

Neste kiehuu, kun sen tyydyttyneen höyryn paine on yhtä suuri kuin nesteen sisällä oleva paine.

§ 6.6. Höyrystymislämpö

Tarvitaanko energiaa nesteen muuttamiseksi höyryksi? Luultavasti kyllä! Eikö olekin?

Olemme huomanneet (ks. Kohta 6.1), että nesteen haihtumiseen liittyy sen jäähtyminen. Jotta haihtuvan nesteen lämpötila pysyisi muuttumattomana, siihen on syötettävä lämpöä ulkopuolelta. Tietysti lämpö itsessään voi siirtyä nesteisiin ympäröivistä elimistä. Joten vesi lasissa haihtuu, mutta veden lämpötila, hieman alempi kuin ympäröivän ilman lämpötila, pysyy muuttumattomana. Lämpö siirtyy ilmasta veteen, kunnes kaikki vesi on haihtunut.

Jotta vesi (tai muu neste) pysyisi kiehuvana, sitä on myös jatkuvasti lämmitettävä, esimerkiksi lämmitettäväksi polttimella. Tässä tapauksessa veden ja astian lämpötila ei nouse, mutta tietty määrä höyryä syntyy joka sekunti.

Siten tarvitaan lämpöä, jotta neste muuttuu höyryksi haihduttamalla tai keittämällä. Lämmön määrää, joka tarvitaan tietyn nestemassan muuttamiseksi saman lämpötilan höyryksi, kutsutaan tämän nesteen höyrystymislämmöksi.

Mihin kehoon syötetty energia kulutetaan? Ensinnäkin lisätä sen sisäistä energiaa siirtyessään nesteestä kaasumaiseen tilaan: loppujen lopuksi tämä lisää aineen tilavuutta nesteen tilavuudesta tyydyttyneen höyryn tilavuuteen. Näin ollen keskimääräinen etäisyys molekyylien välillä kasvaa ja siten niiden potentiaalinen energia.

Lisäksi aineen tilavuuden kasvaessa työ suoritetaan ulkoisen paineen vaikutuksia vastaan. Tämä osa huoneenlämpöistä höyrystymislämpöä on yleensä muutama prosentti koko höyrystymislämmöstä.

Höyrystymislämpö riippuu nesteen tyypistä, sen massasta ja lämpötilasta. Höyrystymislämmön riippuvuudesta nesteen tyypistä on ominaista arvo, jota kutsutaan ominaishöyrystymislämmöksi.

Tietyn nesteen höyrystymislämpö on nesteen höyrystymislämmön suhde sen massaan:

(6.6.1)

missä r- nesteen erityinen höyrystymislämpö; T- nesteen massa; Q n- sen höyrystymislämpö. Höyrystymislämmön SI -yksikkö on joulea kiloa kohti (J / kg).

Veden höyrystymisen ominaislämpö on erittäin korkea: 2,256 · 10 6 J / kg 100 ° C: n lämpötilassa. Muiden nesteiden (alkoholi, eetteri, elohopea, kerosiini jne.) Ominaishöyrystymislämpö on 3–10 kertaa pienempi.

Kiehuminen- Tämä on höyrystymistä, joka tapahtuu samanaikaisesti sekä nesteen pinnalta että koko tilavuudesta. Se koostuu siitä, että lukuisat kuplat nousevat ja puhkeavat aiheuttaen ominaisen kuumenemisen.

Kokemus osoittaa, että nesteen kiehuminen tietyllä ulkoisella paineella alkaa melko määrätyssä lämpötilassa, joka ei muutu kiehumisen aikana ja voi tapahtua vain, kun energiaa syötetään ulkopuolelta lämmönvaihdon seurauksena (kuva 1):

jossa L on höyrystymisen ominaislämpö kiehumispisteessä.

Kiehumismekanismi: nesteessä on aina liuennutta kaasua, jonka liukenemisaste laskee lämpötilan noustessa. Lisäksi astian seinillä on adsorboitunut kaasu. Kun nestettä kuumennetaan alhaalta (kuva 2), kaasu alkaa kehittyä kuplien muodossa astian seinillä. Neste haihtuu näihin kupliin. Siksi ne sisältävät ilman lisäksi tyydyttynyttä höyryä, jonka paine kasvaa nopeasti lämpötilan noustessa, ja kuplien tilavuus kasvaa, ja siksi niihin vaikuttavat Archimedes -voimat lisääntyvät. Kun kellutusvoima tulee suuremmaksi kuin kuplan painovoima, se alkaa kellua. Mutta kunnes neste on lämmitetty tasaisesti, kun kupla nousee, kuplan tilavuus pienenee (tyydyttyneen höyryn paine laskee lämpötilan laskiessa) ja, kun se ei saavuta vapaata pintaa, kuplat häviävät (romahtavat) (kuva 2, a) , minkä vuoksi kuulemme ominaista kohinaa kiehumisen edessä. Kun nesteen lämpötila tasaantuu, kuplan tilavuus kasvaa sen noustessa, koska kylläinen höyrynpaine ei muutu, ja kuplan ulkoinen paine, joka on nesteen hydrostaattisen paineen summa kupla ja ilmanpaine pienenevät. Kupla saavuttaa nesteen vapaan pinnan, murtuu ja tyydyttynyt höyry tulee ulos (kuva 2, b) - neste kiehuu. Kuplien kylläinen höyrynpaine on käytännössä sama kuin ulkoinen paine.

Lämpötilaa, jossa nesteen kyllästetyn höyryn paine on yhtä suuri kuin sen vapaan pinnan ulkoinen paine, kutsutaan kiehumispiste nesteitä.

Koska tyydyttyneen höyryn paine kasvaa lämpötilan noustessa ja kiehumisen aikana sen pitäisi olla yhtä suuri kuin ulkoinen, niin ulkoisen paineen noustessa kiehumispiste nousee.

Kiehumispiste riippuu myös epäpuhtauksien läsnäolosta, joka yleensä kasvaa epäpuhtauksien pitoisuuden kasvaessa.

Jos ensin vapautat nesteen siihen liuenneesta kaasusta, se voi ylikuumentua, ts. kuumenna kiehumispisteen yläpuolelle. Tämä on epävakaa nestetila. Pieni ravistelu riittää ja neste kiehuu, ja sen lämpötila laskee heti kiehumispisteeseen.