Izhlapevanje
Izhlapevanje nad skodelico čaja
Izhlapevanje- proces prehoda snovi iz tekočega v plinasto stanje, ki se pojavi na površini snovi (hlapi). Proces izhlapevanja je obraten od procesa kondenzacije (prehod iz stanja pare v tekoče stanje). Izhlapevanje (vaporizacija), prehod snovi iz kondenzirane (trdne ali tekoče) faze v plinasto (para); fazni prehod prvega reda.
V višji fiziki je bolj razvit koncept izhlapevanja.
Izhlapevanje- to je proces, pri katerem delci (molekule, atomi) odletijo (odtrgajo) s površine tekočine ali trdne snovi, pri čemer je E k > E p.
splošne značilnosti
Izhlapevanje trdne snovi imenujemo sublimacija, nastajanje pare v prostornini tekočine pa vrenje. Običajno se izhlapevanje razume kot nastanek hlapov na prosti površini tekočine kot posledica toplotnega gibanja njenih molekul pri temperaturi pod vreliščem, ki ustreza tlaku plinastega medija, ki se nahaja nad določeno površino. V tem primeru molekule z dovolj visoko kinetično energijo uidejo iz površinske plasti tekočine v plinasto okolje; nekaj se jih odbije nazaj in jih tekočina ujame, ostale pa nepovratno izgubi.
Izhlapevanje je endotermni proces, pri katerem se absorbira toplota faznega prehoda - toplota izparevanja se porabi za premagovanje sil molekularne kohezije v tekoči fazi in za ekspanzijsko delo pri pretvarjanju tekočine v paro. Specifična izparilna toplota se nanaša na 1 mol tekočine (molarna izparilna toplota, J/mol) ali na enoto njene mase (masna izparilna toplota, J/kg). Hitrost izhlapevanja je določena s površinsko gostoto toka pare jp, ki prodira na enoto časa v plinsko fazo iz enote površine tekočine [v mol/(s.m 2) ali kg/(s.m 2)]. Največjo vrednost jp dosežemo v vakuumu. Če je nad tekočino razmeroma gost plinasti medij, se izhlapevanje upočasni zaradi dejstva, da hitrost odstranitve molekul pare s površine tekočine v plinasti medij postane majhna v primerjavi s hitrostjo njihove emisije iz tekočine. V tem primeru se na fazni meji tvori plast mešanice pare in plina, ki je skoraj nasičena s paro. Parcialni tlak in koncentracija hlapov v tej plasti sta višja kot v glavnini mešanice hlapov in plinov.
Proces izhlapevanja je odvisen od intenzivnosti toplotnega gibanja molekul: hitreje kot se molekule gibljejo, hitreje pride do izhlapevanja. Poleg tega sta pomembna dejavnika, ki vplivata na proces izparevanja, hitrost zunanje (glede na snov) difuzije, pa tudi lastnosti same snovi. Preprosto povedano, ko je veter, pride do izhlapevanja veliko hitreje. Kar zadeva lastnosti snovi, na primer alkohol izhlapi veliko hitreje kot voda. Pomemben dejavnik je tudi površina tekočine, iz katere pride do izhlapevanja: iz ozkega vrča se bo to zgodilo počasneje kot iz širokega krožnika.
Molekularni nivo
Oglejmo si ta proces na molekularni ravni: molekule, ki imajo dovolj energije (hitrost), da premagajo privlačnost sosednjih molekul, se prebijejo iz meja snovi (tekočine). V tem primeru tekočina izgubi del energije (ohladi). Na primer zelo vroča tekočina: pihamo na njeno površino, da jo ohladimo, pri tem pa pospešimo proces izhlapevanja.
Termodinamično ravnotežje
Kršitev termodinamičnega ravnovesja med tekočino in paro v mešanici pare in plina je razložena s temperaturnim skokom na fazni meji. Vendar pa lahko ta skok običajno zanemarimo in lahko domnevamo, da parcialni tlak in koncentracija hlapov na vmesniku ustrezata njihovim vrednostim za nasičeno paro, ki ima temperaturo površine tekočine. Če sta mešanica tekočine in pare-plina stacionarni in je vpliv proste konvekcije v njih nepomemben, se odstranitev hlapov, ki nastanejo med izhlapevanjem, s površine tekočine v plinasti medij pojavi predvsem zaradi molekularne difuzije in videza meje masne faze, ki jo povzroča slednja s polprepustno (neprepustno za plin) površino (tako imenovani Stefanovsky) tok mešanice pare in plina, usmerjen s površine tekočine v plinasti medij (glej difuzijo). Porazdelitev temperature pri različnih načinih hlajenja tekočine z izhlapevanjem. Toplotni tokovi so usmerjeni: a - od tekoče faze do izhlapevalne površine v plinsko fazo; b - od tekoče faze samo do izparilne površine; c - na površino izhlapevanja iz obeh faz; d - na površino izparevanja samo s strani plinske faze.
Baro-, toplotna difuzija
Učinki tlaka in toplotne difuzije se običajno ne upoštevajo v inženirskih izračunih, vendar je vpliv toplotne difuzije lahko pomemben, kadar je mešanica pare in plina zelo heterogena (z veliko razliko v molskih masah njenih komponent) in pomembna temperaturni gradienti. Ko se ena ali obe fazi premakneta glede na njuno mejo, se poveča vloga konvektivnega prenosa snovi in energije mešanice pare in plina ter tekočine.
V odsotnosti dovoda energije v sistem tekoči plin od zunaj. viri toplote Izhlapevanje lahko dovajamo površinski plasti tekočine iz ene ali obeh faz. V nasprotju z nastalim tokom snovi, ki je med izparevanjem iz tekočine v plinasti medij vedno usmerjen, imajo lahko toplotni tokovi različne smeri, odvisno od temperaturnih razmerij v glavnini tekočine tl, fazne meje tgr in plinastega medija tg. Ko pride določena količina tekočine v stik s polneskončno prostornino ali tokom plinastega medija, ki spere njeno površino, in pri temperaturi tekočine, ki je višja od temperature plina (tl > tg > tg), pride do toplotnega toka iz tekočine v fazna ploskev: (Qlg = Ql - Qi, kjer je Qi izparilna toplota, Qlg je količina toplote, ki se prenese iz tekočine v plinasti medij. V tem primeru se tekočina ohlaja (t. i. evaporativno hlajenje). Če je zaradi takšnega hlajenja dosežena enakost tgr = tg, se prenos toplote iz tekočine v plin ustavi ( Qlg = 0) in vsa toplota, dovedena s strani tekočine na vmesnik, se porabi za izhlapevanje (). Ql = Qi).
V primeru plinastega medija, ki ni nasičen s paro, ostane parcialni tlak slednje na meji faz in pri Ql = Qi višji kot v glavnini plina, zaradi česar izhlapevanje in hlajenje tekočine z izhlapevanjem se ne ustavi in tgr postane nižji od tl in tg. V tem primeru se toplota dovaja na vmesnik iz obeh faz, dokler se zaradi zmanjšanja tl ne doseže enakost tgr = tl in se toplotni tok s strani tekočine ustavi, iz plinskega medija Qgl pa postane enak Qi. Nadaljnje izhlapevanje tekočine poteka pri konstantni temperaturi tm = tl = tgr, ki se imenuje meja hlajenja tekočine med hlajenjem z izhlapevanjem ali temperatura mokrega termometra (kot jo prikazuje psihrometer mokrega termometra). Vrednost tm je odvisna od parametrov parno-plinastega medija in pogojev prenosa toplote in mase med tekočo in plinasto fazo.
Če sta tekoči in plinasti medij z različnimi temperaturami v omejeni prostornini, ki ne sprejema energije od zunaj in je ne oddaja navzven, pride do izhlapevanja, dokler med obema fazama ne nastopi termodinamično ravnovesje, v katerem temperature obe fazi sta izenačeni s konstantno entalpijo sistema, plinska faza pa je nasičena s paro pri temperaturi sistema tad. Slednja, imenovana adiabatna nasičena temperatura plina, je določena samo z začetnimi parametri obeh faz in ni odvisna od pogojev prenosa toplote in mase.
Stopnja izhlapevanja
Hitrost izotermnega izhlapevanja [kg/(m 2 s)] z enosmerno difuzijo pare v stacionarno plast binarne mešanice pare in plina debeline d, [m], ki se nahaja nad površino tekočine, je mogoče najti s pomočjo Stefanove formule: , kjer je D medsebojni difuzijski koeficient, [m 2 /S]; - plinska konstantna para, [J/(kg K)] ali [m 2 /(s 2 K)]; T - temperatura mešanice, [K]; p - tlak mešanice pare in plina, [Pa]; - parcialni parni tlaki na vmesniku in na zunanji meji plasti mešanice, [Pa].
V splošnem primeru (gibajoča se tekočina in plin, neizotermični pogoji) v mejni plasti tekočine, ki meji na vmesnik, prenos gibalne količine spremlja prenos toplote, v mejni plasti plina (mešanica pare in plina) pa medsebojno povezana toplota in pride do prenosa mase. V tem primeru se za izračun hitrosti izhlapevanja uporabljajo eksperimentalni koeficienti toplotnega in masnega prehoda, v razmeroma enostavnejših primerih pa se uporabljajo približne metode numeričnih rešitev sistema diferencialnih enačb za konjugirane mejne plasti plinske in tekoče faze.
Intenzivnost prenosa mase med izhlapevanjem je odvisna od razlike v kemijskih potencialih pare na meji in v glavnini mešanice hlapov in plinov. Če pa lahko zanemarimo baro- in toplotno difuzijo, se razlika v kemijskih potencialih nadomesti z razliko v parcialnih tlakih ali koncentracijah hlapov in se upošteva naslednje: jп = bp (рп, gr - рп, bazično) = bpp(уп , gr - up, osnovni) ali jп = bc( cп, gr - sp, glavni), kjer bp, bc - koeficient masnega prenosa, p - tlak mešanice, rp - parcialni tlak, yп = pп/p - molska koncentracija hlapi, cп = rп/r - masna koncentracija hlapov, rп, r - lokalne gostote hlapov in zmesi; indeksi pomenijo: "gr" - na fazni meji, "osnovni" - v glavnem. teža mešanice. Gostota toplotnega toka, ki ga oddaja tekočina med izhlapevanjem, je [v J/(m2 s)]: q = azh(tl - tg) = rjп + ag (tg - tg), kjer je azh, ag koeficient prehoda toplote iz tekočine in plin, [W/(m 2 K)]; r - izhlapevanje toplote, [J/kg].
Pri zelo majhnih polmerih ukrivljenosti izhlapevalne površine (na primer med izhlapevanjem majhnih kapljic tekočine) se upošteva vpliv površinske napetosti tekočine, kar vodi do dejstva, da je ravnotežni parni tlak nad vmesnikom je višji od tlaka nasičene pare iste tekočine nad ravno površino. Če je tgr ~ tl, se pri izračunu izhlapevanja lahko upošteva le prenos toplote in mase v plinski fazi. Pri relativno nizki intenzivnosti prenosa mase približno velja analogija med procesoma prenosa toplote in mase, iz katere sledi: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, kjer je Nu = ag l/lg Nusseltovo število, l značilna velikost izhlapevalne površine, lg koeficient toplotne prevodnosti parno-plinske mešanice, Sh* = bpyг, grl/Dp = bccг, grl/D - Sherwoodovo število za difuzijsko komponento toka pare, Dp = D/ RпT - difuzijski koeficient, povezan z gradientom parcialnega tlaka pare. Vrednosti bp in bc se izračunajo iz zgornjih razmerij, številki Nu0 in Sh0 ustrezata jp: 0 in ju je mogoče določiti iz podatkov za ločeno potekajoče procese prenosa toplote in mase. Število Sh0 za skupni (difuzijski in konvektivni) tok pare se ugotovi tako, da se Sh* deli z molsko (yg, g) ali masno (cg, g) koncentracijo plina na meji, odvisno od tega, katera gonilna sila koeficienta prenosa mase b je dodeljen.
Enačbe
Podobnostne enačbe za Nu in Sh* med izhlapevanjem vključujejo poleg običajnih kriterijev (Reynoldsovo število Re, Arhimedovo število Ar, Prandtl Pr ali Schmidt Sc in geometrijske parametre) parametre, ki upoštevajo vpliv prečnega toka pare in stopnjo heterogenosti parno-plinske mešanice (razmerja molskih mas ali plinskih konstant njenih komponent) na profile, hitrosti, temperature ali koncentracije v preseku mejne plasti.
Pri majhnih jp, ki bistveno ne kršijo hidrodinamičnega režima gibanja mešanice pare in plina (na primer med izhlapevanjem vode v atmosferski zrak) in podobnosti robnih pogojev temperaturnih in koncentracijskih polj, vpliva dodatnih argumentov v podobnostnih enačbah je nepomemben in ga je mogoče zanemariti ob predpostavki, da je Nu = Sh. Ko večkomponentne mešanice izhlapijo, postanejo ti vzorci veliko bolj zapleteni. Pri tem so izparilna toplota sestavin zmesi in sestave tekoče in parno-plinaste faze, ki sta med seboj v ravnovesju, različne in odvisne od temperature. Ko binarna tekoča zmes izhlapi, je nastala zmes hlapov relativno bogatejša z bolj hlapno komponento, pri čemer so izključene samo azeotropne zmesi, ki izhlapevajo na skrajnih točkah (največ ali najmanj) krivulj stanja kot čista tekočina.
Oblikovanje naprav
Skupna količina izhlapevajoče tekočine se povečuje z večanjem stične površine tekoče in plinaste faze, zato konstrukcije naprav, v katerih poteka izhlapevanje, predvidevajo povečanje izhlapevalne površine tako, da ustvarijo veliko zrcalo tekočine, jo razbijejo na curke in kapljice ali tvorijo tanke filme, ki tečejo po površini šob. Povečanje intenzivnosti prenosa toplote in mase med izhlapevanjem se doseže tudi s povečanjem hitrosti plinastega medija glede na površino tekočine. Vendar pa povečanje te hitrosti ne sme povzročiti čezmernega vnosa tekočine v plinasto okolje in znatnega povečanja hidravličnega upora aparata.
Aplikacija
Izhlapevanje se pogosto uporablja v industrijski praksi za čiščenje snovi, sušenje materialov, ločevanje tekočih mešanic in klimatizacijo. Vodno hlajenje z izhlapevanjem se uporablja v obtočnih vodovodnih sistemih podjetij.
Poglej tudi
Literatura
- // Enciklopedični slovar Brockhausa in Efrona: v 86 zvezkih (82 zvezkov in 4 dodatni). - St. Petersburg. , 1890-1907.
- Berman L.D., Hlajenje krožne vode z izhlapevanjem, 2. izdaja, M.-L., 1957;
- Fuks N.A., Izhlapevanje in rast kapljic v plinastem mediju, M., 1958;
- Bird R., Stewart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, trans. iz angleščine, M., 1974;
- Berman L.D., »Teoretične osnove kemije. tehnologija", 1974, letnik 8, št. 6, str. 811-22;
- Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Masovni prenos, prev. iz angleščine, M., 1982. L. D. Berman.
Povezave
Fundacija Wikimedia. 2010.
Sopomenke:Oglejte si, kaj je "izhlapevanje" v drugih slovarjih:
Prehod v vodi iz tekočega ali trdnega agregatnega stanja v plinasto stanje (para). Običajno fluidizacijo razumemo kot prehod tekočine v paro, ki se pojavi na prosti površini tekočine. I. trdna telesa imenujemo. sublimacija ali sublimacija. Odvisnost od tlaka..... Fizična enciklopedija
Uparjanje, ki se pojavi na prosti površini tekočine. Izhlapevanje s površine trdne snovi imenujemo sublimacija... Veliki enciklopedični slovar
Obstajata dva načina, da tekočina preide v plinasto stanje: izhlapevanje in vrenje.
Ti dve metodi se razlikujeta po tem, da izhlapevanje poteka s površine tekočine, vrenje pa poteka po celotni prostornini.
Kuhanje je hiter proces in v kratkem času od vrele vode ne ostane nobene sledi;
Izhlapevanje se pojavi pri kateri koli temperaturi, ne glede na tlak, ki je v normalnih pogojih vedno blizu 760 mmHg. Umetnost. Izhlapevanje je za razliko od vrenja zelo počasen proces. Steklenica kolonjske vode, ki smo jo pozabili zapreti, bo čez nekaj dni prazna; Krožnik z vodo bo stal dlje, vendar se bo prej ali slej izkazalo, da je suh.
Hitrost izhlapevanja je odvisna od več razlogov:
A) Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste tekočine.
Tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo, hitreje izhlapi. Dejansko lahko v tem primeru večje število molekul premaga privlačnost in odleti iz tekočine.
B) Izhlapevanje poteka tem hitreje, čim višja je temperatura tekočine.
Višja kot je temperatura tekočine, večje je število hitro premikajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo privlačne sile okoliških molekul in odletijo s površine tekočine.
C) Hitrost izhlapevanja tekočine je odvisna od njene površine.
Ta razlog je razložen z dejstvom, da tekočina izhlapi s površine in večja kot je površina tekočine, večje je število molekul, ki hkrati letijo iz nje v zrak.
D) Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom.
Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Med naključnim premikanjem po površini tekočine se nekatere molekule, ki so jo zapustile, vanjo spet vrnejo. Zato se masa tekočine v zaprti posodi ne spremeni, čeprav tekočina še naprej izhlapeva.
Za študijo boste potrebovali:
A) steklene posode različnih prerezov, čaše
B) šolske tehtnice
C) tekočine različnih gostot (sladka voda, alkohol, sončnično olje)
D) korenje, krompir, jabolka, črn kruh
D) termometer
A) Preučevanje odvisnosti hitrosti izhlapevanja od vrste tekočin, ki se izhlapevajo.
Za preučevanje te odvisnosti učenci vzamejo 3 enake posode, jih napolnijo z alkoholom, sladko vodo, sončničnim oljem in opazujejo izhlapevanje. Zabeležite datum in čas začetka poskusa, zaporedno beležite čas popolnega izhlapevanja vsake proučevane tekočine. Na podlagi rezultatov meritev se sestavi tabela, v kateri se zabeleži hitrost izhlapevanja tekočine glede na stopnjo redukcije.
Vrsta tekočine 24. 11. 25. 11. 27. 11. 1. 12. 10. 12. 15. 12. 20. 12.
2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006
Sveža voda 10 mg 8 mg 5 mg 2 mg 1 mg 0 mg 0 mg
Alkohol 10 mg 7 mg 4 mg 0 mg 0 mg 0 mg 0 mg
Slano maslo 10 mg 9,5 mg 9 mg 8 mg 7 mg 6 mg 5 mg
Ker se postopek izhlapevanja pogosto uporablja pri sušenju sadja, jagodičja, zelenjave in gob, je ta naloga velikega praktičnega pomena. Učenci poskusno določijo odstotek pridelka suhih pridelkov posamezne vrste in sestavijo tabelo pridelka sušenih kmetijskih pridelkov:
Vrsta proizvoda Masa svežega proizvoda Masa posušenega izdelka Donos posušenega proizvoda v % začetne teže
Jabolka 207g 300mg 31g 15%
Korenček 34 g 300 mg 4 g 900 mg 14%
Krompir 80 g 710 mg 16 g 9 mg 21 %
Kruh (črni) 46g 100mg 25g 250mg 55%
Praktična uporaba rezultatov teorije in eksperimenta.
Študenti so se na podlagi pridobljenih podatkov odločili izračunati realni dobiček od ene štruce črnega kruha za pripravo krekerjev.
1. štruca kruha (750 g) – 10 rubljev.
1. paket krekerjev (50 g) – 6 rubljev.
S tabelarnimi podatki smo izračunali, koliko krekerjev dobimo iz ene štruce kruha:
46,1 g – 25,25 g Skupaj: 411 g
Izračunajmo, koliko paketov teh krekerjev lahko naredimo:
411/50 = 8,2 (paketi)
Potem strošek enega paketa:
8,2 * 6 = 49,2 (rub.)
49,2 - 10 = 39,2 (rub.)
Moramo pa upoštevati proizvodne stroške, plače delavcev in embalažo. Čeprav je del zneska mogoče nadomestiti z dejstvom, da kruh ni bil kupljen svež in ni bil prodan pravočasno.
Po pridobljenih podatkih je izhlapevanje tekočin odvisno od njihove gostote: večja kot je gostota, počasneje tekočina izhlapeva.
Vrsta tekočine Gostota tekočine, kg/cub. m Čas izhlapevanja, ure.
Sveža voda 1000 580
Alkohol 800 145
Sončnično olje 1000 5800
Omeniti velja dejstvo, da je pri enaki gostoti sladke vode in sončničnega olja hitrost izhlapevanja teh tekočin različna (gostoto olja so učenci izračunali sami s pomočjo čaše in študentske tehtnice). S pomočjo dodatne literature in že pridobljenega znanja pri predmetu kemija lahko to dejstvo pojasnimo z dejstvom, da je voda anorganska snov, med molekulami pa obstaja posebna vez - vodik. Ta povezava je zelo šibka. Olje je organska snov. To so estri trihidričnega alkohola glicerola in karboksilnih kislin. Zaradi kompleksne strukture bo ta povezava veliko bolj stabilna.
B) Preučevanje izhlapevanja iz temperature tekočine.
Na plinski štedilnik pristavimo posodo z vodo in jo zavremo. Nato učenci spustijo posode s tekočinami: alkoholom in sladko vodo. Po tabeli vrelišč snovi ugotovimo, da je vrelišče vode 100 stopinj, alkohola pa 78 stopinj. Prostornina tekočin in površina izhlapevanja sta enaki.
Ime snovi Izhlapevanje pri sobni temperaturi, ure. Izhlapevanje pri vrelišču, ure.
Alkohol 30 0,07
Sveža voda 120 0,25
Študija je pokazala, da pri povišanih temperaturah izhlapevanje poteka hitreje kot pri sobni temperaturi. Ta pojav je razložen z dejstvom, da ko se temperatura dvigne, se hitrost molekul poveča in zlahka zapustijo površino tekočine.
C) Študija odvisnosti hitrosti izhlapevanja od površine izhlapenih tekočin.
Za poskus boste potrebovali:
A) 3 vrste tekočin (sladka voda, alkohol, sončnično olje)
B) 3 kompleti čaš, od katerih vsaka vsebuje 3 čaše z različnimi prostimi površinami.
Izračunamo površine izhlapelih tekočin:
Vrsta tekočine Premer čaše, cm Površina preseka, cm
Veliki 6.6 34.1946
Povprečje 3,5 9,61625
Majhna 3 7,065
Vrsta tekočine Čas izhlapevanja, ure, velika Čas izparevanja, ure, srednja Čas izparevanja, ure, majhna
Sveža voda 120 420 580
Alkohol 30 105 145
Sončnično olje 1200 4100 5800
(Učenci so poskus z oljem izračunali z razmerjem med izhlapelim delom olja in časom, v katerem je izhlapelo)
Po končanem poskusu smo prišli do zaključka: hitrost izhlapevanja je premo sorazmerna s površino proste površine. Pri poskusu je treba upoštevati netočnost in merilno napako.
D) Preučevanje odvisnosti hitrosti izhlapevanja od vetra.
Za poskus boste potrebovali:
A) 2 vrsti tekočin (alkohol, sladka voda)
B) 4 enake posode.
Ime snovi Brez vetra, ura Z vetrom, ura
Sveža voda 120 19
Poskus kaže, da ko je veter, izhlapevanje poteka hitreje kot brez vetra. Ta izkušnja pojasnjuje hitro sušenje perila in luž po dežju.
Izhlapevanje tekočine se pojavi pri kateri koli temperaturi in hitreje kot je višja temperatura, večja je prosta površina izhlapevajoče tekočine in hitreje se odstranijo hlapi, ki nastanejo nad tekočino.
Pri določeni temperaturi, odvisno od narave tekočine in tlaka, pod katerim se nahaja, se začne uparjanje celotne mase tekočine. Ta proces se imenuje vrenje.
To je proces intenzivnega izhlapevanja ne le s proste površine, ampak tudi v prostornini tekočine. V volumnu nastanejo mehurčki, napolnjeni z nasičeno paro. Pod vplivom vzgonske sile se dvignejo navzgor in se na površini razpočijo. Središča njihovega nastanka so drobni mehurčki tujih plinov ali delcev različnih nečistoč.
Če ima mehurček velikosti nekaj milimetrov ali več, lahko drugi člen zanemarimo in zato pri velikih mehurčkih pri konstantnem zunanjem tlaku tekočina vre, ko tlak nasičene pare v mehurčkih postane enak zunanjemu tlaku .
Zaradi kaotičnega gibanja nad površino tekočine se molekula pare, ki pade v sfero delovanja molekularnih sil, spet vrne v tekočino. Ta proces se imenuje kondenzacija.
Izhlapevanje in vrenje
Izhlapevanje in vrenje sta dva načina, na katera se lahko tekočina spremeni v plin (paro). Proces takšnega prehoda imenujemo vaporizacija. To pomeni, da sta izhlapevanje in vrenje metodi uparjanja. Med tema dvema metodama so pomembne razlike.
Izhlapevanje poteka le s površine tekočine. To je posledica dejstva, da se molekule katere koli tekočine nenehno gibljejo. Poleg tega je hitrost molekul različna. Molekule z dovolj veliko hitrostjo, ko so enkrat na površini, lahko premagajo silo privlačnosti drugih molekul in končajo v zraku. Molekule vode, posamezno v zraku, tvorijo paro. Nemogoče je videti pare skozi njihove oči. Kar vidimo kot vodno meglo, je posledica kondenzacije (proces, ki je nasproten izparevanju), ko se para, ko se ohladi, zbira v obliki drobnih kapljic.
Zaradi izhlapevanja se tekočina sama ohladi, saj jo najhitrejše molekule zapustijo. Kot veste, je temperatura natančno določena s hitrostjo gibanja molekul snovi, to je njihovo kinetično energijo.
Hitrost izhlapevanja je odvisna od številnih dejavnikov. Prvič, odvisno je od temperature tekočine. Višja kot je temperatura, hitrejše je izhlapevanje. To je razumljivo, saj se molekule gibljejo hitreje, kar pomeni, da lažje pobegnejo s površine. Hitrost izhlapevanja je odvisna od snovi. Pri nekaterih snoveh se molekule močneje privlačijo in zato težje odletijo, pri drugih pa so šibkejše in zato lažje zapustijo tekočino. Izhlapevanje je odvisno tudi od površine, nasičenosti zraka s paro in vetra.
Najpomembnejša stvar, ki razlikuje izhlapevanje od vrenja, je, da se izhlapevanje pojavi pri kateri koli temperaturi in se zgodi samo s površine tekočine.
Za razliko od izhlapevanja se vrenje pojavi le pri določeni temperaturi. Vsaka snov v tekočem stanju ima svoje vrelišče. Na primer, voda pri normalnem atmosferskem tlaku vre pri 100 °C, alkohol pa pri 78 °C. Ko pa se atmosferski tlak zniža, se vrelišče vseh snovi nekoliko zniža.
Ko voda zavre, se sprosti v njej raztopljen zrak. Ker se posoda navadno segreva od spodaj, je temperatura v spodnjih plasteh vode višja in tam najprej nastanejo mehurčki. V te mehurčke izhlapeva voda in postanejo nasičeni z vodno paro.
Ker so mehurčki lažji od same vode, se dvigajo navzgor. Ker se zgornje plasti vode še niso segrele do vrelišča, se mehurčki ohladijo in para v njih kondenzira nazaj v vodo, mehurčki postanejo težji in ponovno potonejo.
Ko se vse plasti tekočine segrejejo do vrelišča, se mehurčki ne spuščajo več, ampak se dvignejo na površje in počijo. Para iz njih konča v zraku. Tako se med vrenjem proces uparjanja ne pojavi na površini tekočine, temveč po vsej njeni debelini v zračnih mehurčkih, ki nastanejo. Za razliko od izhlapevanja je vrenje možno le pri določeni temperaturi.
Treba je razumeti, da ko tekočina vre, pride tudi do normalnega izhlapevanja z njene površine.
Kaj določa hitrost izhlapevanja tekočine?
Merilo za hitrost izhlapevanja je količina snovi, ki uhaja na enoto časa z enote proste površine tekočine. Angleški fizik in kemik D. Dalton v začetku 19. stoletja. ugotovil, da je hitrost izhlapevanja sorazmerna z razliko med tlakom nasičene pare pri temperaturi izhlapevajoče tekočine in dejanskim tlakom prave pare, ki obstaja nad tekočino. Če sta tekočina in para v ravnotežju, je stopnja izhlapevanja enaka nič. Natančneje, zgodi se, vendar se z enako hitrostjo zgodi tudi obratni proces - kondenzacija(prehod snovi iz plinastega ali parastega stanja v tekoče). Hitrost izhlapevanja je odvisna tudi od tega, ali poteka v mirnem ali gibljivem ozračju; njegova hitrost se poveča, če nastalo paro odpihne zračni tok ali izčrpa črpalka.
Če pride do izhlapevanja iz tekoče raztopine, potem različne snovi izhlapevajo z različnimi hitrostmi. Hitrost izhlapevanja določene snovi se zmanjšuje z naraščajočim tlakom tujih plinov, kot je zrak. Zato se izhlapevanje v praznino zgodi z največjo hitrostjo. Nasprotno, z dodajanjem tujega, inertnega plina v posodo lahko močno upočasnimo izparevanje.
Včasih izhlapevanje imenujemo tudi sublimacija ali sublimacija, to je prehod trdne snovi v plinasto stanje. Skoraj vsi njihovi vzorci so res podobni. Toplota sublimacije je večja od toplote izparevanja za približno talilno toploto.
Torej je hitrost izhlapevanja odvisna od:
- Nekakšna tekočina. Tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo, hitreje izhlapi. Dejansko lahko v tem primeru večje število molekul premaga privlačnost in odleti iz tekočine.
- Izhlapevanje poteka hitreje, čim višja je temperatura tekočine. Višja kot je temperatura tekočine, večje je število hitro premikajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo privlačne sile okoliških molekul in odletijo s površine tekočine.
- Hitrost izhlapevanja tekočine je odvisna od njene površine. Ta razlog je razložen z dejstvom, da tekočina izhlapi s površine in večja kot je površina tekočine, večje je število molekul, ki hkrati letijo iz nje v zrak.
- Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom. Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Med naključnim premikanjem po površini tekočine se nekatere molekule, ki so jo zapustile, vanjo spet vrnejo. Zato se masa tekočine v zaprti posodi ne spremeni, čeprav tekočina še naprej izhlapeva.
zaključki
Pravimo, da voda izhlapeva. Toda kaj to pomeni? Izhlapevanje je proces, pri katerem tekočina v zraku hitro postane plin ali para. Veliko tekočin izhlapi zelo hitro, veliko hitreje kot voda. To velja za alkohol, bencin in amoniak. Nekatere tekočine, kot je živo srebro, izhlapevajo zelo počasi.
Kaj povzroča izhlapevanje? Da bi to razumeli, morate razumeti nekaj o naravi materije. Kolikor vemo, je vsaka snov sestavljena iz molekul. Na te molekule delujeta dve sili. Eden od njih je kohezija, ki jih privlači drug k drugemu. Drugi pa je toplotno gibanje posameznih molekul, ki povzroči, da te razletijo.
Če je adhezivna sila večja, snov ostane v trdnem stanju. Če je toplotno gibanje tako močno, da presega kohezijo, potem snov postane ali je plin. Če sta sili približno uravnoteženi, potem imamo tekočino.
Voda je seveda tekočina. Toda na površini tekočine so molekule, ki se premikajo tako hitro, da premagajo silo adhezije in odletijo v vesolje. Proces odhoda molekul se imenuje izhlapevanje.
Zakaj voda hitreje izhlapeva, če je izpostavljena soncu ali segreta? Višja kot je temperatura, intenzivnejše je toplotno gibanje v tekočini. To pomeni, da vedno več molekul pridobi dovolj hitrosti, da odleti. Ko najhitrejše molekule odletijo, se hitrost preostalih molekul v povprečju upočasni. Zakaj se preostala tekočina ohladi z izhlapevanjem?
Torej, ko se voda posuši, to pomeni, da se je spremenila v plin ali paro in postala del zraka.
V naravi so lahko snovi v enem od treh agregatnih stanj: trdnem, tekočem in plinastem. Prehod iz prvega v drugega in obratno lahko opazimo vsak dan, še posebej pozimi. Vendar pa je pretvorba tekočine v paro, ki je znana kot proces izhlapevanja, očem pogosto nevidna. Kljub navidezni nepomembnosti igra pomembno vlogo v človekovem življenju. Poiščimo torej več o tem.
Izhlapevanje - kaj je to?
Vsakič, ko se odločite kuhati kotliček za čaj ali kavo, lahko opazujete, kako se voda, ko doseže 100 °C, spremeni v paro. Prav to je praktičen primer procesa uparjanja (prehoda določene snovi v plinasto stanje).
Obstajata dve vrsti uparjanja: vrenje in izhlapevanje. Na prvi pogled so enaki, vendar je to pogosta napačna predstava.
Izparevanje je nastajanje pare s površine snovi, vretje pa nastajanje pare iz celotne prostornine snovi.
Izhlapevanje in vrenje: kakšna je razlika
Čeprav tako proces izhlapevanja kot vretja povzročita, da se tekočina spremeni v plinasto stanje, si velja zapomniti dve pomembni razliki med njima.
- Vrenje je aktiven proces, ki poteka pri določeni temperaturi. Za vsako snov je edinstven in se lahko spremeni le z znižanjem atmosferskega tlaka. V normalnih pogojih mora voda vreti pri 100 °C, za rafinirano sončnično olje - 227 °C, za nerafinirano sončnično olje - 107 °C. Nasprotno, alkohol potrebuje nižjo temperaturo, da zavre - 78 °C. Temperatura izhlapevanja je lahko poljubna in se za razliko od vrenja pojavlja nenehno.
- Druga pomembna razlika med procesoma je, da med vrenjem pride do uparjanja po celotni debelini tekočine. Medtem ko izhlapevanje vode ali drugih snovi poteka le z njihove površine. Mimogrede, proces vrenja vedno spremlja izhlapevanje.
Postopek sublimacije
Menijo, da je izhlapevanje prehod iz tekočega v plinasto agregatno stanje. Vendar pa je v redkih primerih, mimo tekočega stanja, možno neposredno izhlapevanje iz trdnega v plinasto stanje. Ta proces se imenuje sublimacija.
To besedo poznajo vsi, ki so kdaj v fotografskem salonu naročili skodelico ali majico s svojo najljubšo fotografijo. Za trajno nanašanje slike na tkanino ali keramiko se ta vrsta izhlapevanja uporablja v čast, ta vrsta tiska se imenuje sublimacija.
Prav tako se takšno izhlapevanje pogosto uporablja za industrijsko sušenje sadja in zelenjave ter pripravo kave.
Čeprav je sublimacija veliko manj pogosta kot izhlapevanje tekočine, jo lahko včasih opazimo v vsakdanjem življenju. Tako oprano mokro perilo, ki smo ga pozimi obesili sušit, takoj zmrzne in postane trdo. Vendar postopoma ta togost izgine in stvari postanejo suhe. V tem primeru voda iz stanja ledu, mimo tekoče faze, preide neposredno v paro.
Kako pride do izhlapevanja?
Tako kot pri večini fizikalnih in kemičnih procesov imajo molekule pomembno vlogo pri procesu izhlapevanja.
V tekočinah se nahajajo zelo blizu drug drugega, vendar nimajo fiksne lokacije. Zahvaljujoč temu lahko "potujejo" po celotnem območju tekočine in z različnimi hitrostmi. To je doseženo zaradi dejstva, da med gibanjem trčijo drug ob drugega in zaradi teh trkov se njihova hitrost spreminja. Ko postanejo dovolj hitre, se najbolj aktivne molekule lahko dvignejo na površino snovi in, premagajoč silo privlačnosti drugih molekul, zapustijo tekočino. Tako voda ali druga snov izhlapi in nastane para. Ali ni malo podobno poletu z raketo v vesolje?
Čeprav najbolj aktivne molekule prehajajo iz tekočine v paro, so njihovi preostali »bratje« še naprej v stalnem gibanju. Postopoma pridobijo potrebno hitrost, da premagajo privlačnost in preidejo v drugo agregatno stanje.
Postopno in nenehno zapuščajo tekočino, molekule za to uporabljajo njeno notranjo energijo in ta se zmanjšuje. In to neposredno vpliva na temperaturo snovi - zmanjša se. Zato se količina hladilnega čaja v skodelici nekoliko zmanjša.
Pogoji izhlapevanja
Če opazujete luže po dežju, boste opazili, da se nekatere posušijo hitreje, nekatere pa traja dlje. Ker je njihovo sušenje proces izhlapevanja, lahko na tem primeru razumemo pogoje, ki so za to potrebni.
- Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste snovi, ki se izhlapeva, saj ima vsaka od njih edinstvene značilnosti, ki vplivajo na čas, v katerem se njene molekule popolnoma spremenijo v plinasto stanje. Če pustite odprti 2 enaki steklenici, napolnjeni z enako količino tekočine (ena vsebuje alkohol C2H5OH, druga vodo H2O), se bo prva posoda hitreje izpraznila. Ker je, kot je navedeno zgoraj, temperatura izhlapevanja alkohola nižja, kar pomeni, da bo hitreje izhlapel.
- Druga stvar, od katere je odvisno izhlapevanje, je temperatura okolice in vrelišče izhlapene snovi. Višji kot je prvi in nižji drugi, hitreje ga lahko doseže tekočina in preide v plinasto stanje. Zato se pri izvajanju nekaterih kemičnih reakcij, ki vključujejo izhlapevanje, snovi posebej segrejejo.
- Drug pogoj, od katerega je odvisno izhlapevanje, je površina snovi, iz katere se pojavi. Večji kot je, hitreje poteka proces. Če upoštevamo različne primere izhlapevanja, lahko spet pomislimo na čaj. Pogosto ga vlijemo v krožnik, da se ohladi. Tam se je pijača ohladila hitreje, ker se je površina tekočine povečala (premer krožnička je večji od premera skodelice).
- In spet o čaju. Drug znan način, kako ga hitreje ohladiti, je pihanje. Kako lahko opazite, da je prisotnost vetra (gibanje zraka) tisto, od česar je odvisno tudi izhlapevanje. Višja kot je hitrost vetra, hitreje se bodo molekule tekočine spremenile v paro.
- Atmosferski tlak vpliva tudi na hitrost izhlapevanja: nižji kot je, hitreje se molekule premikajo iz enega stanja v drugega.
Kondenzacija in desublimacija
Ko se molekule spremenijo v paro, se ne nehajo premikati. V novem agregatnem stanju začnejo trkati z molekulami zraka. Zaradi tega se lahko včasih vrnejo v tekoče (kondenzacija) ali trdno (desublimacija) stanje.
Kadar sta procesa izhlapevanja in kondenzacije (desublimacija) enaka drugemu, se to imenuje dinamično ravnotežje. Če je plinasta snov v dinamičnem ravnovesju s svojo tekočino podobne sestave, jo imenujemo nasičena para.
Izhlapevanje in človek
Ob upoštevanju različnih primerov izhlapevanja se ne moremo spomniti vpliva tega procesa na človeško telo.
Kot veste, pri telesni temperaturi 42,2 °C beljakovine v človekovi krvi koagulirajo, kar povzroči smrt. Človeško telo se lahko segreje ne le zaradi okužbe, ampak tudi med fizičnim delom, športom ali bivanjem v vroči sobi.
Telo vzdržuje temperaturo, ki je sprejemljiva za normalno delovanje, zahvaljujoč samohladilnemu sistemu - potenju. Če se telesna temperatura dvigne, se znoj sprosti skozi kožne pore in nato izhlapi. Ta proces pomaga "kuriti" odvečno energijo in pomaga ohladiti telo ter normalizirati njegovo temperaturo.
Mimogrede, zato ne smete brezpogojno verjeti oglasom, ki znoj predstavljajo kot glavno katastrofo sodobne družbe in poskušajo naivnim kupcem prodati najrazličnejše snovi, da se ga znebijo. Telo je nemogoče prisiliti, da se bo manj potilo, ne da bi motili njegovo normalno delovanje, dober dezodorant pa lahko le prikrije neprijeten vonj po znoju. Zato lahko z uporabo antiperspirantov, različnih praškov in praškov telesu povzročite nepopravljivo škodo. Navsezadnje te snovi zamašijo pore ali zožijo izločevalne kanale znojnih žlez, kar pomeni, da telesu odvzamejo sposobnost nadzora temperature. V primerih, ko je uporaba antiperspirantov vseeno nujna, se morate najprej posvetovati z zdravnikom.
Vloga izhlapevanja v življenju rastlin
Kot veste, nismo samo ljudje 70 % vode, ampak tudi rastline, nekatere, kot je redkev, pa 90 %. Zato je zanje pomembno tudi izhlapevanje.
Voda je eden glavnih virov koristnih (in škodljivih) snovi, ki vstopajo v rastlinsko telo. Vendar pa je za absorpcijo teh snovi potrebna sončna svetloba. Toda v vročih dneh sonce ne more samo segreti rastline, temveč jo tudi pregreti in jo s tem uničiti.
Da se to ne bi zgodilo, so predstavniki flore sposobni samohlajenja (podobno kot človeški proces znojenja). Povedano drugače, ko se rastline pregrejejo, izhlapevajo vodo in se tako ohladijo. Zato se poleti toliko pozornosti namenja zalivanju vrtov in zelenjavnih vrtov.
Kako se izhlapevanje uporablja v industriji in doma
Za kemično in živilsko industrijo je uparjanje nepogrešljiv proces. Kot že omenjeno, ne le pomaga pri dehidraciji številnih izdelkov (izhlapi vlaga iz njih), kar podaljša njihov rok uporabnosti; pomaga pa tudi pri izdelavi idealnih dietnih izdelkov (z manjšo težo in kalorijami, z večjo vsebnostjo hranilnih snovi).
Izhlapevanje (predvsem sublimacija) se uporablja tudi za čiščenje različnih snovi.
Drugo področje uporabe je klimatska naprava.
Ne pozabite na zdravila. Navsezadnje tudi proces inhalacije (vdihavanje pare, nasičene z zdravili) temelji na procesu izhlapevanja.
Nevarni hlapi
Vendar ima, tako kot vsak postopek, tudi ta negativne strani. Navsezadnje se lahko ne samo koristne snovi spremenijo v hlape in jih vdihnejo ljudje in živali, ampak tudi smrtonosne. In najbolj žalostno je, da so nevidni, kar pomeni, da oseba ne ve vedno, da je bila izpostavljena toksinu. Zato se izogibajte zadrževanju brez zaščitnih mask in oblek v tovarnah in podjetjih, ki delajo z nevarnimi snovmi.
Na žalost se lahko škodljivi hlapi skrivajo tudi doma. Konec koncev, če so pohištvo, tapete, linolej ali drugi predmeti izdelani iz poceni materialov s slabo tehnologijo, so sposobni sproščati toksine v zrak, ki bodo postopoma "zastrupili" svoje lastnike. Zato je pri nakupu katerega koli predmeta vredno pogledati potrdilo o kakovosti materialov, iz katerih je izdelan.