Cum se schimbă punctul de fierbere al apei? De ce este diferit punctul de fierbere al apei în diferite condiții? Efectul presiunii asupra punctului de topire

Acasă Fierbere

- aceasta este o tranziție intensivă a lichidului în vapori, care are loc odată cu formarea de bule de vapori pe întregul volum al lichidului la o anumită temperatură.

În timpul fierberii, temperatura lichidului și a vaporilor de deasupra acestuia nu se modifică. Rămâne neschimbat până când tot lichidul a fiert. Acest lucru se întâmplă deoarece toată energia furnizată lichidului este folosită pentru a-l transforma în vapori. Se numește temperatura la care fierbe un lichid.

punct de fierbere Punctul de fierbere depinde de presiunea exercitată pe suprafața liberă a lichidului. Acest lucru se explică prin dependența de presiune abur saturat

asupra temperaturii. Bula de vapori crește până când presiunea vaporilor saturați din interiorul acesteia depășește ușor presiunea din lichid, care este suma presiunii externe și a presiunii hidrostatice a coloanei de lichid. Cu cât presiunea externă este mai mare, cu atât mai mult.

punct de fierbere

Toată lumea știe că apa fierbe la o temperatură de 100 ºC. Dar nu trebuie să uităm că acest lucru este valabil doar la presiunea atmosferică normală (aproximativ 101 kPa). Pe măsură ce presiunea crește, punctul de fierbere al apei crește. De exemplu, în oala sub presiune, alimentele sunt gătite la o presiune de aproximativ 200 kPa. Punctul de fierbere al apei atinge 120°C. În apă la această temperatură, procesul de gătire are loc mult mai rapid decât în ​​apa obișnuită clocotită. Așa se explică numele „oala sub presiune”.

Fiecare lichid are propriul punct de fierbere, care depinde de presiunea vaporilor saturați. Cu cât presiunea vaporilor saturați este mai mare, cu atât este mai scăzut punctul de fierbere al lichidului corespunzător, deoarece la temperaturi mai scăzute presiunea vaporilor saturați devine egală cu presiunea atmosferică. De exemplu, la un punct de fierbere de 100 °C, presiunea de vapori saturați a apei este de 101.325 Pa (760 mm Hg), iar presiunea de vapori este de numai 117 Pa (0,88 mm Hg). Mercurul fierbe la 357°C sub presiune normală.

Căldura de vaporizare.

Căldura de vaporizare (căldura de evaporare)- cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe (la presiune constantă și la temperatură constantă) pentru transformarea completă a unei substanțe lichide în vapori.

Cantitatea de căldură necesară pentru vaporizare (sau eliberată în timpul condensului). Pentru a calcula cantitatea de căldură Q necesară pentru a transforma lichidul din orice masă luată la punctul de fierbere în vapori, este necesară căldura specifică de vaporizare r minte-la-masă m:

Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Vaporizarea poate apărea nu numai ca urmare a evaporării, ci și în timpul fierberii. Să luăm în considerare fierberea din punct de vedere energetic.

Există întotdeauna puțin aer dizolvat într-un lichid. Când un lichid este încălzit, cantitatea de gaz dizolvată în el scade, drept urmare o parte din acesta este eliberată sub formă de bule mici pe fundul și pereții vasului și pe particulele solide nedizolvate suspendate în lichid. Lichidul se evaporă în aceste bule de aer. În timp, vaporii din ele devin saturați. Odată cu încălzirea suplimentară, presiunea vaporilor saturați din interiorul bulelor și volumul acestora cresc. Când presiunea vaporilor din interiorul bulelor devine egală cu presiunea atmosferică, acestea se ridică la suprafața lichidului sub influența forței de plutire a lui Arhimede, izbucnesc și iese abur din ele. Vaporizarea care are loc simultan atât de la suprafața lichidului, cât și în interiorul lichidului însuși în bule de aer se numește fierbere. Se numește temperatura la care presiunea vaporilor saturați din bule devine egală cu presiunea exterioară Se numește temperatura la care fierbe un lichid.

Deoarece la aceleași temperaturi presiunile vaporilor saturați ai diferitelor lichide sunt diferite, atunci la temperaturi diferite devin egale cu presiunea atmosferică. Acest lucru face ca diferite lichide să fiarbă la temperaturi diferite. Această proprietate lichidele sunt folosite la sublimarea produselor petroliere. Când uleiul este încălzit, cele mai valoroase părți volatile (benzină) se evaporă mai întâi, care sunt astfel separate de reziduurile „grele” (uleiuri, păcură).

Din faptul că fierberea are loc atunci când presiunea vaporilor saturați este egală cu presiunea exterioară asupra lichidului, rezultă că punctul de fierbere al lichidului depinde de presiunea exterioară. Dacă crește, lichidul fierbe la mai mult temperatură ridicată, deoarece vaporii saturati necesită o temperatură mai mare pentru a atinge o astfel de presiune. Dimpotrivă, la presiune redusă lichidul fierbe la o temperatură mai scăzută. Acest lucru poate fi verificat prin experiență. Se încălzește apa din balon până la fierbere și se scoate lampa cu alcool (Fig. 37, a). Apa nu mai fierbe. După ce a închis balonul cu un dop, vom începe să scoatem aerul și vaporii de apă din acesta cu o pompă, reducând astfel presiunea asupra apei, care, ca urmare, a forțat să fiarbă în balonul deschis, prin pomparea aerului în balon vom crește presiunea asupra apei (Fig. 37, b) Se oprește fierberea. 1 atm apa fierbe la 100°C, iar la 10 atm- la 180° C. Această dependență este folosită, de exemplu, în autoclave, în medicina pentru sterilizare, în gătit pentru a grăbi gătirea produselor alimentare.

Pentru ca un lichid să înceapă să fiarbă, trebuie să fie încălzit la temperatura de fierbere. Pentru a face acest lucru, trebuie să distribuiți energie lichidului, de exemplu, cantitatea de căldură Q = cm(t° până la - t° 0). La fierbere, temperatura lichidului rămâne constantă. Acest lucru se întâmplă deoarece cantitatea de căldură raportată în timpul fierberii este cheltuită nu pentru creșterea energiei cinetice a moleculelor lichide, ci pentru munca de rupere a legăturilor moleculare, adică pentru vaporizare. La condensare, conform legii conservării energiei, se degajă abur mediu cantitatea de căldură care a fost consumată pentru vaporizare. Condensul are loc la punctul de fierbere, care rămâne constant în timpul procesului de condensare. (Explicați de ce).

Să creăm o ecuație de echilibru termic pentru vaporizare și condensare. Aburul, preluat la punctul de fierbere al lichidului, intră în apă în calorimetru prin tubul A (Fig. 38, a), se condensează în acesta, dându-i cantitatea de căldură cheltuită pentru producerea lui. Apa și calorimetrul primesc o cantitate de căldură nu numai din condensarea aburului, ci și din lichidul care se obține din acesta. Datele mărimilor fizice sunt date în tabel. 3.

Aburul de condensare degaja cantitatea de căldură Q p = rm 3(Fig. 38, b). Lichidul obținut din abur, răcit de la t° 3 la θ°, a cedat o cantitate de căldură Q 3 = c 2 m 3 (t 3° - θ°).

Calorimetrul și apa, încălzite de la t° 2 la θ° (Fig. 38, c), au primit cantitatea de căldură

Q1 = c1 m1 (θ° - t°2); Q2 = c2m2 (θ° - t°2).

Pe baza legii conservării și transformării energiei

Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,

Când fierbe, lichidul începe să se transforme rapid în abur, iar în el se formează bule de abur și se ridică la suprafață. Când este încălzit, aburul apare mai întâi numai pe suprafața lichidului, apoi acest proces începe pe întregul volum. Pe fundul și pereții tigaii apar bule mici. Pe măsură ce temperatura crește, presiunea din interiorul bulelor crește, acestea cresc în dimensiune și cresc în sus.

Când temperatura atinge așa-numitul punct de fierbere, începe formarea rapidă de bule, sunt multe, iar lichidul începe să fiarbă. Se formează abur, a cărui temperatură rămâne constantă până când toată apa este prezentă. Dacă vaporizarea are loc în condiții normale, la o presiune standard de 100 mPa, temperatura acesteia este de 100°C. Dacă creșteți artificial presiunea, puteți obține abur supraîncălzit. Oamenii de știință au reușit să încălziți vaporii de apă la o temperatură de 1227 ° C cu o încălzire suplimentară, disocierea ionilor transformă aburul în plasmă.

La o compoziție dată și o presiune constantă, punctul de fierbere al oricărui lichid este constant. În manuale și manuale puteți vedea tabele care indică punctul de fierbere al diferitelor lichide și chiar al metalelor. De exemplu, apa fierbe la o temperatură de 100°C, la 78,3°C, eterul la 34,6°C, aurul la 2600°C și argintul la 1950°C. Aceste date sunt pentru o presiune standard de 100 mPa, sunt calculate la nivelul mării.

Cum se schimbă punctul de fierbere

Dacă presiunea scade, punctul de fierbere scade, chiar dacă compoziția rămâne aceeași. Asta înseamnă că dacă urci un munte de 4000 de metri înălțime cu o oală cu apă și îl pui pe foc, apa va fierbe la 85°C, iar asta va necesita mult mai puțin lemn de foc decât dedesubt.

Gospodinele vor fi interesate de o comparație cu o oală sub presiune, în care presiunea este crescută artificial. În același timp, crește și punctul de fierbere al apei, datorită căruia alimentele se gătesc mult mai repede. Oalele sub presiune moderne vă permit să schimbați fără probleme temperatura de fierbere de la 115 la 130°C sau mai mult.

Un alt secret al punctului de fierbere al apei constă în compoziția acesteia. Apa tare, care conține diverse săruri, durează mai mult până fierbe și necesită mai multă energie pentru a se încălzi. Dacă adăugați două linguri de sare la un litru de apă, punctul de fierbere al acestuia va crește cu 10°C. Același lucru se poate spune despre zahăr, 10% sirop de zahar fierbe la o temperatură de 100,1°C.

Fierberea este procesul de modificare a stării de agregare a unei substanțe. Când vorbim despre apă, ne referim la schimbarea de la starea lichidă la starea de vapori. Este important de reținut că fierberea nu este evaporare, care poate apărea chiar și la temperatura camerei. De asemenea, nu trebuie confundat cu fierberea, care este procesul de încălzire a apei la o anumită temperatură. Acum că am înțeles conceptele, putem determina la ce temperatură fierbe apa.

Proces

Procesul de transformare a stării de agregare din lichid în gaz este complex. Și, deși oamenii nu îl văd, există 4 etape:

1. În prima etapă, se formează bule mici în partea de jos a recipientului încălzit. Ele pot fi văzute și pe laterale sau la suprafața apei. Ele se formează din cauza expansiunii bulelor de aer, care sunt întotdeauna prezente în crăpăturile recipientului în care apa este încălzită.
2. În a doua etapă, volumul bulelor crește. Toți încep să iasă la suprafață, deoarece în interiorul lor există abur saturat, care este mai ușor decât apa. Pe măsură ce temperatura de încălzire crește, presiunea bulelor crește, iar acestea sunt împinse la suprafață datorită putere cunoscută Arhimede. În acest caz, puteți auzi sunetul caracteristic al fierberii, care se formează din cauza expansiunii și reducerii constante a dimensiunii bulelor.
3. La a treia etapă puteți vedea la suprafață număr mare bule. Acest lucru creează inițial tulburări în apă. Acest proces este denumit popular „fierbere albă” și durează o perioadă scurtă de timp.
4. La a patra etapă, apa fierbe intens, la suprafață apar bule mari care se sparg și pot apărea stropi. Cel mai adesea, stropirea înseamnă că lichidul s-a încălzit până la temperatura maxima. Aburii vor începe să emane din apă.

Se știe că apa fierbe la o temperatură de 100 de grade, ceea ce este posibil doar în a patra etapă.

Temperatura aburului

Aburul este una dintre stările apei. Când intră în aer, el, ca și alte gaze, exercită asupra lui o anumită presiune. În timpul vaporizării, temperatura aburului și a apei rămâne constantă până când întregul lichid își schimbă starea de agregare. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că, în timpul fierberii, toată energia este cheltuită pentru transformarea apei în abur.

La începutul fierberii, se formează abur umed, saturat, care devine uscat după ce tot lichidul s-a evaporat. Dacă temperatura sa începe să depășească temperatura apei, atunci un astfel de abur este supraîncălzit, iar caracteristicile sale vor fi mai apropiate de gaz.

Apa sarata la fiert

Este destul de interesant de știut la ce temperatură fierbe apa cu un conținut ridicat de sare. Se știe că ar trebui să fie mai mare datorită conținutului de ioni Na+ și Cl- din compoziție, care ocupă zona dintre moleculele de apă. Acest lucru face ca compoziția chimică a apei cu sare să fie diferită de lichidul proaspăt obișnuit.

Faptul este că în apa sărată are loc o reacție de hidratare - procesul de adăugare a moleculelor de apă la ionii de sare. Comunicarea între molecule apă dulce mai slabe decât cele formate în timpul hidratării, deci fierberea lichidului cu sare dizolvată va dura mai mult. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele din apa sărată se mișcă mai repede, dar sunt mai puține dintre ele, ceea ce face ca ciocnirile între ele să apară mai rar. Ca urmare, se produce mai puțin abur și, prin urmare, presiunea acestuia este mai mică decât presiunea aburului apei proaspete. În consecință, va fi necesară mai multă energie (temperatură) pentru vaporizarea completă. În medie, pentru a fierbe un litru de apă care conține 60 de grame de sare, este necesar să creșteți gradul de fierbere al apei cu 10% (adică cu 10 C).

Dependența fierberii de presiune

Se știe că la munte, indiferent de compozitia chimica apa va avea un punct de fierbere mai mic. Acest lucru se întâmplă deoarece presiunea atmosferică este mai mică la altitudine. Presiunea normală este considerată a fi 101,325 kPa. Cu el, punctul de fierbere al apei este de 100 de grade Celsius. Dar dacă urci pe un munte, unde presiunea este în medie de 40 kPa, atunci apa de acolo va fierbe la 75,88 C. Dar asta nu înseamnă că va trebui să petreci aproape jumătate din timp gătind la munte. Tratamentul termic al alimentelor necesită o anumită temperatură.

Se crede că la o altitudine de 500 de metri deasupra nivelului mării, apa va fierbe la 98,3 C, iar la o altitudine de 3000 de metri punctul de fierbere va fi de 90 C.

Rețineți că această lege se aplică și în sens invers. Dacă puneți un lichid într-un balon închis prin care aburul nu poate trece, atunci odată cu creșterea temperaturii și formarea aburului, presiunea în acest balon va crește și fierbe la hipertensiune arterială va avea loc la temperaturi mai ridicate. De exemplu, la o presiune de 490,3 kPa, punctul de fierbere al apei va fi de 151 C.

Fierbe apă distilată

Apa distilată este apă purificată fără impurități. Este adesea folosit în scopuri medicale sau tehnice. Având în vedere că în astfel de apă nu există impurități, nu este folosită pentru gătit. Este interesant de observat că apa distilată fierbe mai repede decât apa dulce obișnuită, dar punctul de fierbere rămâne același - 100 de grade. Cu toate acestea, diferența de timp de fierbere va fi minimă - doar o fracțiune de secundă.

Într-un ceainic

Oamenii se întreabă adesea la ce temperatură fierbe apa într-un ibric, deoarece acestea sunt dispozitivele pe care le folosesc pentru a fierbe lichidele. Ținând cont de faptul că presiunea atmosferică din apartament este egală cu standardul, iar apa folosită nu conține săruri și alte impurități care nu ar trebui să fie acolo, atunci și punctul de fierbere va fi standard - 100 de grade. Dar dacă apa conține sare, atunci punctul de fierbere, după cum știm deja, va fi mai mare.

Concluzie

Acum știți la ce temperatură fierbe apa și modul în care presiunea atmosferică și compoziția lichidului afectează acest proces. Nu este nimic complicat în asta, iar copiii primesc astfel de informații la școală. Principalul lucru este să ne amintim că, pe măsură ce presiunea scade, scade și punctul de fierbere al lichidului și, pe măsură ce crește, crește și el.

Pe Internet puteți găsi multe tabele diferite care indică dependența de punctul de fierbere al unui lichid presiunea atmosferică. Sunt disponibile pentru toată lumea și sunt folosite activ de școlari, elevi și chiar profesori din institute.

Acasă- aceasta este vaporizarea care are loc simultan atât de la suprafață, cât și pe întregul volum al lichidului. Constă în faptul că numeroase bule plutesc în sus și izbucnesc, provocând un clocot caracteristic.

După cum arată experiența, fierberea unui lichid la o anumită presiune externă începe la o temperatură bine definită, care nu se modifică în timpul procesului de fierbere și poate avea loc numai atunci când energia este furnizată din exterior ca urmare a schimbului de căldură (Fig. 1) :

unde L este căldura specifică de vaporizare la punctul de fierbere.

Mecanism de fierbere: un lichid conține întotdeauna un gaz dizolvat, al cărui grad de dizolvare scade odată cu creșterea temperaturii. În plus, există gaz adsorbit pe pereții vasului. Când lichidul este încălzit de jos (Fig. 2), gazul începe să fie eliberat sub formă de bule la pereții vasului. Lichidul se evaporă în aceste bule. Prin urmare, pe lângă aer, ele conțin abur saturat, a cărui presiune crește rapid odată cu creșterea temperaturii, iar bulele cresc în volum și, în consecință, forțele lui Arhimede care acționează asupra lor cresc. Când forța de plutire devine mai mare decât gravitația bulei, aceasta începe să plutească. Dar până când lichidul este încălzit uniform, pe măsură ce urcă, volumul bulei scade (presiunea vaporilor saturați scade odată cu scăderea temperaturii) și, înainte de a ajunge la suprafața liberă, bulele dispar (se prăbușesc) (Fig. 2, a), ceea ce de aceea auzim un zgomot caracteristic înainte de fierbere. Când temperatura lichidului se egalizează, volumul bulei va crește pe măsură ce crește, deoarece presiunea vaporilor saturați nu se modifică, iar presiunea externă a bulei, care este suma presiunii hidrostatice a lichidului deasupra bulei. iar presiunea atmosferică scade. Bula ajunge la suprafața liberă a lichidului, izbucnește și iese abur saturat (Fig. 2, b) - lichidul fierbe. Presiunea vaporilor saturați din bule este aproape egală cu presiunea externă.

Se numește temperatura la care presiunea vaporilor saturați a unui lichid este egală cu presiunea exterioară de pe suprafața lui liberă Se numește temperatura la care fierbe un lichid lichide.

Deoarece presiunea vaporilor saturați crește odată cu creșterea temperaturii, iar în timpul fierberii trebuie să fie egală cu presiunea exterioară, atunci odată cu creșterea presiunii externe, punctul de fierbere crește.

Punctul de fierbere depinde și de prezența impurităților, de obicei crescând odată cu creșterea concentrației de impurități.

Dacă mai întâi eliberați lichidul din gazul dizolvat în el, atunci acesta poate fi supraîncălzit, adică. se încălzește peste punctul de fierbere. Aceasta este o stare instabilă a lichidului. Sunt suficiente șocuri mici și lichidul fierbe, iar temperatura acestuia scade imediat la punctul de fierbere.

Centre de vaporizare. Pentru procesul de fierbere este necesar ca în lichidul - nuclee ale fazei gazoase să existe neomogenități, care joacă rolul de centre de vaporizare. De obicei, un lichid conține gaze dizolvate, care sunt eliberate în bule de pe fundul și pereții recipientului și pe particulele de praf suspendate în lichid. La încălzire, aceste bule cresc atât datorită scăderii solubilității gazelor cu temperatura, cât și datorită evaporării lichidului din ele. Bulele care au crescut în volum plutesc în sus sub influența forței de flotabilitate arhimediană. Dacă straturile superioare de lichid au mai mult temperatură scăzută, apoi din cauza condensului de abur, presiunea din ele scade brusc și bulele „se prăbușesc” cu un zgomot caracteristic. Pe măsură ce întregul lichid se încălzește până la temperatura de fierbere, bulele încetează să se prăbușească și plutesc la suprafață: întregul lichid fierbe.

Biletul nr. 15

1. Distribuția temperaturii de-a lungul razei unei bare de combustibil cilindrice.