Izhlapevanje
Izhlapevanje nad skodelico čaja
Izhlapevanje- proces prehoda snovi iz tekočega v plinasto stanje, ki se pojavi na površini snovi (hlapi). Postopek izparevanja je obraten od procesa kondenzacije (prehod iz pare v tekočino). Izhlapevanje (vaporizacija), prehod snovi iz kondenzirane (trdne ali tekoče) faze v plinasto (para); fazni prehod prve vrste.
V višji fiziki obstaja podrobnejši koncept izhlapevanja.
Izhlapevanje- to je proces, pri katerem delci (molekule, atomi) odletijo (odtrgajo) s površine tekočine ali trdne snovi, medtem ko je E k > E p.
splošne značilnosti
Izhlapevanje trdnega telesa imenujemo sublimacija (sublimacija), uparjanje v prostornini tekočine pa vrenje. Običajno se izhlapevanje razume kot uparjanje 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 veliko kinetično energijo uhajajo iz površinske plasti tekočine v plinasti medij; 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, ki se porabi za premagovanje sil molekularne kohezije v tekoči fazi in za ekspanzijsko delo, ko se tekočina spremeni v paro. Specifična toplota uparjanja se nanaša na 1 mol tekočine (molarna toplota uparjanja, J/mol) ali na njeno masno enoto (masna toplota uparjanja, 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. V prisotnosti razmeroma gostega plinastega medija nad tekočino se izhlapevanje upočasni zaradi dejstva, da hitrost odstranitve molekul pare s površine tekočine v plinasti medij postane majhna v primerjavi s hitrostjo njihove emisije s tekočino. . V tem primeru se v bližini vmesnika oblikuje plast mešanice pare in plina, ki je praktično nasičena s paro. Parcialni tlak in koncentracija pare v tej plasti sta višja kot v glavnini parno-plinske mešanice.
Proces izhlapevanja je odvisen od intenzivnosti toplotnega gibanja molekul: hitreje ko se molekule gibljejo, hitreje pride do izhlapevanja. Poleg tega sta pomembna dejavnika, ki vplivata na proces izhlapevanja, hitrost zunanje (glede na snov) difuzije, pa tudi lastnosti same snovi. Preprosto povedano, z vetrom se izhlapevanje zgodi 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 dekanterja se bo to zgodilo počasneje kot iz široke plošče.
Molekularni nivo
Razmislite o tem procesu na molekularni ravni: molekule, ki imajo dovolj energije (hitrost), da premagajo privlačnost sosednjih molekul, izstopijo iz meja snovi (tekočine). V tem primeru tekočina izgubi del energije (se 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 hlapi v mešanici plina in pare 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 pri temperaturi površine tekočine. Če sta tekočina in mešanica plina in pare nepremični in je vpliv proste konvekcije v njiju zanemarljiv, pride do odstranjevanja hlapov, ki nastanejo med izhlapevanjem, s površine tekočine v plinasti medij predvsem zaradi molekularne difuzije in videz masnega (tako imenovanega Stefanovega) toka mešanice pare in plina, usmerjenega 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 - iz tekoče faze samo na površino izhlapevanja; c - na površino izhlapevanja s strani obeh faz; d - na površino izhlapevanja samo s strani plinske faze.
Baro-, toplotna difuzija
Učinki baro- in toplotne difuzije se običajno ne upoštevajo pri inženirskih izračunih, vendar je učinek toplotne difuzije lahko pomemben z visoko nehomogenostjo mešanice plina in pare (z veliko razliko v molskih masah njenih komponent) in znatne temperaturne gradiente. 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 primeru odsotnosti dovoda energije v sistem tekoči plin iz zun. viri toplote Izhlapevanje lahko dovajamo površinski plasti tekočine iz ene ali obeh faz. V nasprotju z nastalim tokom snovi, ki je med izhlapevanjem iz tekočine v plinasti medij vedno usmerjen, imajo lahko toplotni tokovi različne smeri, odvisno od razmerja temperatur v glavnini tekočine tl, fazne meje tgr in plinasti medij tg. Ko pride določena količina tekočine v stik s polneskončno prostornino ali tokom plinskega medija, ki spere njeno površino, in pri temperaturi tekočine, ki je višja od temperature plina (tl > tgr > tg), pride do toplotnega toka s strani tekočine do meje: (Qlg = Qzh - Qi, kjer je Qi izparilna toplota, Qzhg količina toplote, ki se prenese s tekočine na plinski medij. V tem primeru se tekočina ohladi (t.i. hlajenje z izhlapevanjem). Če je zaradi takega hlajenja dosežena enakost tgr \u003d tg, se prenos toplote iz tekočine v plin ustavi ( Qzhg = 0) in vsa toplota, dovedena s strani tekočine na vmesnik se porabi za izparevanje (Ql = Qi).
V primeru plinastega medija, ki ni nasičen s paro, ostane parcialni tlak slednje na meji in pri Ql = Qi višji kot v glavnini plina, zaradi česar pride do izhlapevanja in hlajenja z izhlapevanjem tekočina 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, s strani plinastega medija Qgl postane enak Qi. Nadaljnje izhlapevanje tekočine poteka pri konstantni temperaturi tm = tl = tgr, ki se imenuje meja hlajenja tekočine pri hlajenju z izhlapevanjem ali temperatura mokrega termometra (ker jo prikazuje mokri termometer psihrometra). Vrednost tm je odvisna od parametrov plinsko-parnega medija in pogojev prenosa toplote in mase med tekočo in plinasto fazo.
Če sta tekoči in plinasti medij, ki imata različno temperaturo, v omejeni prostornini, ki ne sprejema energije od zunaj in je ne oddaja, Izhlapevanje poteka, dokler med obema fazama ne nastopi termodinamično ravnovesje, pri katerem se temperature obeh faz se izenačijo pri konstantni entalpiji sistema, plinska faza pa je nasičena s paro pri sistemski temperaturi 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 hlapov v fiksno plast binarne mešanice pare in plina, ki se nahaja nad površino tekočine z debelino d, [m], je mogoče najti z Stefanova formula: , kjer je D koeficient medsebojne difuzije, [m 2 /S]; - plinska konstanta para, [J / (kg K)] ali [m 2 / (s 2 K)]; T je temperatura zmesi, [K]; p je tlak mešanice plina in pare, [Pa]; - parcialni parni tlak 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) ), pride do medsebojno povezanega prenosa toplote in mase. V tem primeru se za izračun hitrosti izparevanja uporabljajo eksperimentalni koeficienti toplotnega in masnega prehoda, v razmeroma enostavnejših primerih pa približne metode za numerično reševanje sistema diferencialnih enačb za konjugirane mejne plasti plinske in tekoče faze.
Intenzivnost prenosa mase med izhlapevanjem je odvisna od razlike v kemičnih potencialih pare na meji in v glavnini mešanice pare in plina. Če pa lahko zanemarimo baro- in toplotno difuzijo, se razlika v kemijskih potencialih nadomesti z razliko v parcialnih tlakih ali koncentracijah hlapov in zavzame: cp, gr - cp, osn), kjer bp, bc - koeficient masnega prenosa, p - tlak zmesi, pp - parcialni parni tlak, yp = pp / p - molska koncentracija hlapov, cp = rp / r - masna koncentracija hlapov, rp, r - lokalne gostote hlapov in zmesi; indeksi pomenijo: "gr" - na fazni meji, "main" - v glavnem. maso mešanice. Gostota toplotnega toka, ki ga med izhlapevanjem oddaja tekočina, je [v J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), kjer sta azh, ag prenos toplote koeficient s strani tekočine in plina, [W / (m 2 K)]; r - izhlapevanje toplote, [J/kg].
Pri zelo majhnih polmerih ukrivljenosti površine izhlapevanja (na primer med izhlapevanjem majhnih kapljic tekočine) se upošteva učinek površinske napetosti tekočine, kar vodi do dejstva, da je ravnotežni parni tlak nad mejna površina je višja 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 toplotna prevodnost mešanice pare in plina, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D Sherwoodovo število za difuzijsko komponento toka pare, Dp = D/ RpT je difuzijski koeficient, povezan z gradientom parcialnega tlaka. Vrednosti bp in bc se izračunajo iz zgornjih razmerij, številki Nu0 in Sh0 ustrezata jp: 0 in ju je mogoče določiti iz podatkov za ločene procese prenosa toplote in mase. Število Sh0 za skupni (difuzijski in konvektivni) tok pare se ugotovi tako, da se Sh* deli z molsko (yg, gr) ali masno (sg, gr) koncentracijo plina na meji, odvisno od tega, katera gonilna sila koeficienta prenosa mase b je dodeljen.
Enačbe
Enačbe podobnosti za Nu in Sh* med izhlapevanjem vključujejo poleg običajnih kriterijev (Reynoldsovo število Re, Arhimedovo število Ar, Prandtl Pr ali Schmidt Sc in geom. parametri) parametre, ki upoštevajo vpliv prečnega toka pare in stopnja nehomogenosti mešanice hlapov in plinov (razmerja molskih mas ali plinskih konstant njenih komponent) na profile, hitrosti, temperature ali koncentracije v prerezu mejne plasti.
Pri majhnih jp, ki bistveno ne kršijo hidrodinamičnega režima gibanja mešanice plina in pare (na primer med izhlapevanjem vode v atmosferski zrak) in podobnosti robnih pogojev temperaturnih in koncentracijskih polj, je vpliv dodatnih argumentov v podobnostnih enačbah je nepomemben in ga je mogoče zanemariti ob predpostavki, da je Nu = Sh. Ko večkomponentne mešanice izhlapevajo, postanejo te zakonitosti veliko bolj zapletene. Hkrati so toplote izparevanja komponent zmesi in sestave tekoče in parno-plinske faze, ki sta med seboj v ravnovesju, različne in odvisne od temperature. Ko binarna tekoča zmes izhlapi, je nastala parna zmes relativno bogatejša z bolj hlapno komponento, pri čemer so izključene le azeotropne zmesi, ki izhlapevajo na ekstremnih (največjih ali najmanjših) točkah krivulj stanja kot čista tekočina.
Načrti aparatov
Skupna količina izhlapevajoče tekočine se poveča s povečanjem kontaktne površine tekoče in plinaste faze, zato zasnova naprav, v katerih pride do izhlapevanja, omogoča povečanje izhlapevalne površine z ustvarjanjem velikega tekočega ogledala, ki ga razbije na curki 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 prekomernega vnosa tekočine v plinasti medij in znatnega povečanja hidravličnega upora aparata.
Aplikacija
Izhlapevanje se pogosto uporablja v industrijski praksi za čiščenje snovi, sušenje materialov, ločevanje tekočih mešanic in klimatizacijo. Hlajenje vode 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;
- Fuchs N. A., Izhlapevanje in rast kapljic v plinastem mediju, M., 1958;
- Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, trans. iz angleščine, M., 1974;
- Berman L. D., “Teoretične osnove kemije. tehnologije”, 1974, letnik 8, številka 6, str. 811-22;
- Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Prenos mase, prev. iz angleščine., M., 1982. L. D. Berman.
Povezave
Fundacija Wikimedia. 2010.
Sopomenke:Oglejte si, kaj je "izhlapevanje" v drugih slovarjih:
Prehod v va iz tekočega ali trdnega agregatnega stanja v plinasto stanje (para). I. običajno razumemo kot prehod tekočine v paro, ki se pojavi na prosti površini tekočine. I. trdna telesa imenovana. 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 celotnem volumnu.
Kuhanje je hiter proces in v kratkem času o vreli vodi ne ostane več sledi, spremeni se v paro.
Izhlapevanje se pojavi pri kateri koli temperaturi, ne glede na tlak, ki je v normalnih pogojih vedno blizu 760 mm Hg. 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 zdržal dlje, vendar se bo prej ali slej izkazalo, da je suh.
Hitrost izhlapevanja je odvisna od več dejavnikov:
A) Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste tekočine.
Hitreje izhlapeva tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo. 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 gibajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo sile privlačnosti 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 število molekul hkrati odleti iz nje v zrak.
D) Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom.
Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Nekatere molekule, ki so jo zapustile, se naključno premikajo nad površino tekočine in se vanjo spet vrnejo. Zato se masa tekočine v zaprti posodi ne spremeni, čeprav tekočina še naprej izhlapeva.
Raziskave bodo zahtevale:
A) steklene posode različnih presekov, čaše
B) šolske tehtnice
C) tekočine različnih gostot (sladka voda, alkohol, sončnično olje)
D) korenje, krompir, jabolka, črn kruh
D) termometer
A) Preiskava odvisnosti hitrosti izparevanja od vrste izhlapenih tekočin.
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, pri čemer zaporedno določite čas popolnega izhlapevanja vsake preskusne tekočine. Na podlagi rezultatov meritev se sestavi tabela, v kateri se zabeleži hitrost izhlapevanja tekočine glede na stopnjo njihovega zmanjšanja.
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
Sončnično olje. 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 posušenih pridelkov posamezne vrste, izdelajo tabelo donosa posušenih kmetijskih pridelkov:
Vrsta proizvoda Masa svežega proizvoda Masa posušenega izdelka Donos posušenega proizvoda v % prvotne 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 bo nastalo iz teh krekerjev:
411/50 = 8,2 (paketi)
Potem strošek enega paketa:
8,2 * 6 \u003d 49,2 (rubljev)
49,2 - 10 \u003d 39,2 (rubljev)
Moramo pa upoštevati stroške proizvodnje, plače delavcev in pakiranja. Čeprav je del zneska mogoče nadomestiti z dejstvom, da kruh ni bil kupljen svež, vendar ni bil prodan pravočasno.
Glede na pridobljene podatke je izhlapevanje tekočine 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
Opozarjamo na dejstvo, da je pri enaki gostoti sladke vode in sončničnega olja hitrost izhlapevanja teh tekočin različna (učenci so sami izračunali gostoto olja s pomočjo čaše in študentske tehtnice). S pomočjo dodatne literature in že pridobljenega znanja iz tečaja kemije lahko to dejstvo pojasnimo z dejstvom, da je voda anorganska snov, med molekulami pa obstaja posebna vez - vodik. Ta povezava je zelo šibka. Olje se nanaša na organske snovi. To so estri trihidričnega alkohola glicerola in karboksilnih kislin. Zaradi kompleksne strukture bo ta povezava veliko bolj stabilna.
B) Preiskava izhlapevanja v odvisnosti od temperature tekočine.
Posodo z vodo postavimo na plinski štedilnik in zavremo. Nato učenci spustijo posode s tekočinami: alkoholom in sladko vodo. Glede na tabelo 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 je izhlapevanje hitrejše pri povišanih temperaturah 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) Raziskava odvisnosti hitrosti izhlapevanja od površine izhlapenih tekočin.
Za poskus boste potrebovali:
A) 3 vrste tekočine (sladka voda, alkohol, sončnično olje)
B) 3 kompleti čaš, od katerih vsaka vsebuje 3 čaše z različno prosto površino.
Izračunamo površine izhlapelih tekočin:
Vrsta tekočine Premer čaše, cm Površina preseka, cm
Velika 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, ko je izhlapelo)
Po koncu eksperimenta so prišli do zaključka, da je hitrost izhlapevanja premosorazmerna 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 tekočine (alkohol, sladka voda)
B) 4 enake posode.
Ime snovi Brez vetra, ure Z vetrom, ure
Sveža voda 120 19
Poskus kaže, da izhlapevanje poteka hitreje z vetrom kot brez vetra. Ta izkušnja pojasnjuje hitro sušenje perila in luž po dežju.
Izhlapevanje tekočine se pojavi pri kateri koli temperaturi in hitreje, višja kot je temperatura, večja je prosta površina izhlapevajoče tekočine in hitreje se odstranijo hlapi, ki nastanejo nad tekočino.
Pri določeni 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 samo s proste površine, ampak tudi v glavnini tekočine. V prostornini se tvorijo mehurčki, napolnjeni z nasičeno paro. Pod vplivom vzgonske sile se dvignejo navzgor in se zlomijo na površini. Središča njihovega nastanka so najmanjši 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 stalnem zunanjem tlaku tekočina vre, ko tlak nasičene pare v mehurčkih postane enak zunanjemu pritisk.
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 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, ki so ločeno v zraku, samo tvorijo paro. Nemogoče je videti z očmi parov. Kar vidimo kot vodno meglico, je že posledica kondenzacije (obraten proces uparjevanja), ko se para med ohlajanjem zbira v obliki drobnih kapljic.
Zaradi izhlapevanja se tekočina sama ohladi, saj jo najhitrejše molekule zapustijo. Kot veste, temperaturo določa le hitrost gibanja molekul snovi, to je njihova kinetična energija.
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, vetra.
Najpomembnejša stvar, ki loči izparevanje od vrenja, je, da izhlapevanje poteka pri kateri koli temperaturi in teče 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 v njej raztopljeni zrak sprosti. Ker se posoda običajno segreva od spodaj, je temperatura v nižjih plasteh vode višja in tam najprej nastanejo mehurčki. V te mehurčke izhlapeva voda in ti so nasičeni z vodno paro.
Ker so mehurčki lažji od same vode, se dvignejo. 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, temveč se dvignejo na površje in počijo. Nekaj jih je v zraku. Tako se med vrenjem proces uparjanja ne pojavi na površini tekočine, temveč po vsej njeni debelini v nastalih zračnih mehurčkih. Za razliko od izhlapevanja je vrenje možno le pri določeni temperaturi.
Treba je razumeti, da ko tekočina vre, pride tudi do običajnega izhlapevanja z njene površine.
Kaj določa hitrost izhlapevanja tekočine?
Merilo za hitrost izhlapevanja je količina snovi, ki v časovni enoti odleti 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 hitrost izhlapevanja enaka nič. Natančneje, zgodi se, vendar z enako hitrostjo poteka tudi obratni proces - kondenzacija(prehod snovi iz plinastega ali parastega stanja v tekoče stanje). Hitrost izhlapevanja je odvisna tudi od tega, ali poteka v mirnem ozračju ali v gibljivem ozračju; njegova hitrost se poveča, če nastalo paro odpihne zračni tok ali izčrpa.
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 izhlapevanje.
Včasih se izhlapevanje imenuje tudi sublimacija ali sublimacija, to je prehod trdnega v plinasto stanje. Skoraj vsi njihovi vzorci so res podobni. Toplota sublimacije je večja od toplote uparjanja za približno talilno toploto.
Torej je hitrost izhlapevanja odvisna od:
- Vrsta tekočine. Hitreje izhlapeva tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo. Dejansko lahko v tem primeru večje število molekul premaga privlačnost in odleti iz tekočine.
- Izhlapevanje poteka tem hitreje, čim višja je temperatura tekočine. Višja kot je temperatura tekočine, večje je število hitro gibajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo sile privlačnosti 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 število molekul hkrati odleti iz nje v zrak.
- Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom. Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Nekatere molekule, ki so jo zapustile, se naključno premikajo nad površino tekočine in se 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, amoniak. Nekatere tekočine, kot je živo srebro, izhlapevajo zelo počasi.
Kaj povzroča izhlapevanje? Da bi to razumeli, moramo razumeti nekaj o naravi materije. Kolikor vemo, je vsaka snov sestavljena iz molekul. Na te molekule delujeta dve sili. Eden od njih je povezanost, ki ju vleče 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 pa 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 kohezije in odletijo v vesolje. Proces uhajanja molekul imenujemo izhlapevanje.
Zakaj voda hitreje izhlapeva, če je na 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 izparevanjem.
Ko se voda torej 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, zlasti pozimi. Vendar pa pretvorba tekočine v paro, ki je znana kot proces izhlapevanja, očem pogosto ni vidna. Kljub navidezni nepomembnosti igra pomembno vlogo v človekovem življenju. Torej, poglejmo 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).
Uparjanje je dveh vrst: vrenje in izhlapevanje. Na prvi pogled sta enaka, vendar je to pogosta napačna predstava.
Izhlapevanje je izhlapevanje s površine snovi, vrenje pa iz celotne prostornine.
Izhlapevanje proti vrenju: Kakšna je razlika?
Čeprav tako proces izhlapevanja kot vrenje prispevata k prehodu tekočine 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 - 107 °C. Alkohol, nasprotno, potrebuje nižjo temperaturo - 78 ° C, da zavre. 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 hkrati.
postopek sublimacije
Menijo, da je izhlapevanje prehod iz tekočega v plinasto agregatno stanje. Vendar pa je v redkih primerih, mimo tekočine, 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. Ta vrsta izhlapevanja se uporablja za trajno nanašanje slike na tkanino ali keramiko, v čast temu se ta vrsta tiska imenuje sublimacijski tisk.
Prav tako se takšno izhlapevanje pogosto uporablja za industrijsko sušenje sadja in zelenjave, pripravo kave.
Čeprav je sublimacija veliko manj pogosta kot izhlapevanje tekočine, jo lahko včasih opazimo v vsakdanjem življenju. Tako oprano mokro perilo, ki ga pozimi obesimo 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, takoj preide v paro.
Kako poteka izhlapevanje
Tako kot večina fizikalnih in kemičnih procesov imajo molekule pomembno vlogo pri procesu izhlapevanja.
V tekočinah se nahajajo zelo blizu drug drugemu, vendar nimajo fiksne lokacije. Zahvaljujoč temu lahko "potujejo" po celotnem območju tekočine in z različnimi hitrostmi. To se doseže zaradi dejstva, da med gibanjem trčijo drug ob drugega in zaradi teh trkov se njihova hitrost spreminja. Ko postanejo dovolj hitre, imajo najbolj aktivne molekule priložnost, da se dvignejo na površino snovi in, ko premagajo silo privlačnosti drugih molekul, zapustijo tekočino. Tako voda ali druga snov izhlapi in nastane para. Ali ni malo podobno poletu rakete v vesolje?
Čeprav najbolj aktivne molekule prehajajo iz tekočine v paro, so njihovi preostali »bratje« še naprej v stalnem gibanju. Postopoma pridobijo tudi potrebno hitrost, da premagajo privlačnost in preidejo v drugo agregatno stanje.
Postopoma in nenehno zapuščajo tekočino, molekule za to uporabljajo njeno notranjo energijo in ta se zmanjšuje. In to neposredno vpliva na temperaturo snovi - zniža se. Zato se količina hladilnega čaja v skodelici nekoliko zmanjša.
Pogoji izhlapevanja
Če opazujete luže po dežju, boste opazili, da se nekatere izsušijo hitreje, nekatere pa traja dlje. Ker je njihovo sušenje proces izhlapevanja, lahko uporabimo ta primer za razumevanje pogojev, potrebnih za to.
- Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste snovi, ki se izhlapeva, saj ima vsaka od njih edinstvene značilnosti, ki vplivajo na čas, ki je potreben, da njene molekule popolnoma preidejo v plinasto stanje. Če pustite odprti 2 enaki steklenici, napolnjeni z enako količino tekočine (v eni alkohol C2H5OH, v drugi - voda H2O), se bo prva posoda izpraznila hitreje. 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 okolja in vrelišče izhlapene snovi. Višji kot je prvi in nižji drugi, hitreje ga lahko doseže tekočina in preide v plinasto stanje. Zato se pri določenih kemijskih reakcijah z izhlapevanjem snovi posebej segrejejo.
- Drug pogoj, od katerega je odvisno izhlapevanje, je površina snovi, iz katere se pojavi. Večji kot je, hitrejši je postopek. 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 krožnika je večji od premera skodelice).
- In spet o čaju. Znan je še en način hitrejšega hlajenja - pihanje nanj. Kako lahko opazite, da je prisotnost vetra (gibanje zraka) nekaj od česar je odvisno tudi izhlapevanje. Večja kot je hitrost vetra, hitreje se bodo molekule tekočine spremenile v paro.
- Na intenzivnost izhlapevanja vpliva tudi atmosferski tlak: nižji kot je, hitreje molekule prehajajo 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 včasih lahko 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 učinka tega procesa na človeško telo.
Kot veste, se pri telesni temperaturi 42,2 ° C beljakovine v človeški krvi zložijo, kar vodi v smrt. Človeško telo se lahko segreje ne le zaradi okužbe, ampak tudi med fizičnim delom, igranjem športa ali med bivanjem v vroči sobi.
Telo uspe vzdrževati temperaturo, ki je sprejemljiva za normalno življenje, zahvaljujoč samohladilnemu sistemu - potenju. Če se telesna temperatura dvigne, se znoj sprosti skozi kožne pore in nato izhlapi. Ta proces pomaga "kuriti" odvečno energijo ter pomaga ohladiti telo in normalizirati njegovo temperaturo.
Mimogrede, zato ne smete brezpogojno verjeti oglasom, ki predstavljajo znoj kot glavno nadlogo sodobne družbe in poskušajo naivnim kupcem prodati najrazličnejše snovi, da bi se ga znebili. Nemogoče je zmanjšati potenje telesa, 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 potrebna, se morate najprej posvetovati z zdravnikom.
Vloga izhlapevanja v življenju rastlin
Kot veste, ni samo človek 70% vode, ampak tudi rastline, nekatere, kot je redkev, pa 90% vode. Zato je zanje pomembno tudi izhlapevanje.
Voda je eden glavnih virov koristnih (in tudi škodljivih) snovi, ki vstopajo v rastlinsko telo. Da pa se te snovi absorbirajo, je potrebna sončna svetloba. Toda v vročih dneh sonce ne more le segreti rastline, ampak tudi pregreti in jo s tem uničiti.
Da se to ne bi zgodilo, se predstavniki flore lahko samohladijo (podobno kot človeški proces znojenja). Z drugimi besedami, pri pregrevanju rastline izhlapevajo vodo in se tako ohlajajo. Zato poleti toliko pozornosti namenjamo zalivanju vrtov in sadovnjakov.
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).
Prav tako se izhlapevanje (zlasti sublimacija) uporablja za čiščenje različnih snovi.
Drugo področje uporabe je klimatska naprava.
Ne pozabite na zdravilo. Navsezadnje tudi proces inhalacije (vdihavanje pare, nasičene z zdravilnimi pripravki) temelji na procesu izhlapevanja.
Nevarni hlapi
Vendar ima, kot vsak postopek, tudi ta svoje slabosti. Navsezadnje se lahko ne samo koristne snovi, ampak tudi smrtonosne spremenijo v paro in jih ljudje in živali vdihnejo. In najbolj žalostno je, da so nevidni, kar pomeni, da oseba ne ve vedno, da je bila izpostavljena toksinu. Zato se velja izogibati brez zaščitnih mask in oblek v tovarnah in podjetjih, ki delajo z nevarnimi snovmi.
Na žalost se lahko škodljivi hlapi skrivajo tudi doma. Navsezadnje, če so pohištvo, tapete, linolej ali drugi predmeti izdelani iz poceni materialov s kršitvami tehnologije, lahko v zrak sproščajo toksine, ki bodo postopoma "zastrupili" svoje lastnike. Zato je pri nakupu katere koli stvari vredno pogledati potrdilo o kakovosti materialov, iz katerih je izdelana.