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Come il punto di ebollizione dipende dalla pressione dell'aria. Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura

Dipendenza della temperatura di ebollizione dalla pressione

Il punto di ebollizione dell'acqua è 100 °C; si potrebbe pensare che questa sia una proprietà intrinseca dell'acqua, che l'acqua, non importa dove e in quali condizioni si trovi, bollirà sempre a 100 ° C.

Ma non è così, e lo sanno bene gli abitanti dei paesi di alta montagna.

Vicino alla cima dell'Elbrus c'è una casa per turisti e una stazione scientifica. I principianti a volte sono sorpresi da “quanto sia difficile far bollire un uovo in acqua bollente” o “perché l’acqua bollente non brucia”. In questi casi viene loro detto che l’acqua bolle sulla cima dell’Elbrus già a 82°C.

Qual è il problema? Quale fattore fisico interferisce con il fenomeno dell'ebollizione? Qual è il significato dell'altitudine sul livello del mare?

Questo fattore fisico è la pressione che agisce sulla superficie del liquido. Non è necessario salire in cima ad una montagna per verificare la verità di quanto detto.

Mettendo l'acqua riscaldata sotto una campana e pompando o pompando fuori l'aria da lì, puoi assicurarti che il punto di ebollizione aumenti all'aumentare della pressione e scenda quando diminuisce.

L'acqua bolle a 100°C solo ad una certa pressione - 760 mm Hg.

La curva del punto di ebollizione in funzione della pressione è mostrata in Fig. 98. Nella parte superiore dell'Elbrus la pressione è di 0,5 atm e questa pressione corrisponde ad un punto di ebollizione di 82 °C.

Ma con l’acqua che bolle a 10–15 mm Hg, puoi rinfrescarti tempo caldo. A questa pressione il punto di ebollizione scenderà a 10–15 °C.

Puoi anche ottenere “acqua bollente”, che ha la temperatura dell’acqua gelata. Per fare ciò, dovrai ridurre la pressione a 4,6 mm Hg.

Un'immagine interessante può essere osservata se si posiziona una nave aperta con acqua sotto la campana e si pompa l'aria. Il pompaggio farà bollire l'acqua, ma l'ebollizione richiede calore. Non c'è nessun posto dove prenderlo e l'acqua dovrà rinunciare alla sua energia. La temperatura dell'acqua bollente inizierà a scendere, ma man mano che il pompaggio continua, anche la pressione diminuirà. Pertanto, l'ebollizione non si fermerà, l'acqua continuerà a raffreddarsi e alla fine congelare.

Un tale punto d'ebollizione acqua fredda si verifica non solo quando si pompa aria. Ad esempio, quando l'elica di una nave ruota, la pressione in un movimento rapido di ca. superficie metallica lo strato d'acqua scende fortemente e l'acqua in questo strato bolle, ad es. Al suo interno compaiono numerose bolle piene di vapore. Questo fenomeno è chiamato cavitazione (da Parola latina cavitas: cavità).

Riducendo la pressione, abbassiamo il punto di ebollizione. E aumentandolo? Un grafico come il nostro risponde a questa domanda. Una pressione di 15 atm può ritardare l'ebollizione dell'acqua, inizierà solo a 200 °C, mentre una pressione di 80 atm farà bollire l'acqua solo a 300 °C.

Quindi, ad un certo punto di ebollizione corrisponde una certa pressione esterna. Ma questa affermazione può essere “capovolta” dicendo questo: ad ogni punto di ebollizione dell’acqua corrisponde una sua pressione specifica. Questa pressione è chiamata tensione di vapore.

La curva che rappresenta il punto di ebollizione in funzione della pressione è anche una curva della tensione di vapore in funzione della temperatura.

I numeri tracciati sul grafico del punto di ebollizione (o sul grafico della pressione di vapore) mostrano che la pressione di vapore cambia molto bruscamente con la temperatura. A 0 °C (cioè 273 K) la tensione di vapore è di 4,6 mm Hg, a 100 °C (373 K) è di 760 mm, cioè aumenta di 165 volte. Quando la temperatura raddoppia (da 0 °C, cioè 273 K, a 273 °C, cioè 546 K), la tensione di vapore aumenta da 4,6 mm Hg a quasi 60 atm, cioè 546 K. circa 10.000 volte.

Pertanto, al contrario, il punto di ebollizione cambia con la pressione piuttosto lentamente. Quando la pressione cambia della metà - da 0,5 atm a 1 atm, il punto di ebollizione aumenta da 82 °C (ovvero 355 K) a 100 °C (ovvero 373 K) e quando raddoppia da 1 atm a 2 atm - da 100 °C (ovvero 373 K) a 120 °C (ovvero 393 K).

La stessa curva che stiamo ora considerando controlla anche la condensazione (condensazione) del vapore in acqua.

Il vapore può essere convertito in acqua mediante compressione o raffreddamento.

Sia durante l'ebollizione che durante la condensazione, il punto non si sposterà dalla curva finché non sarà completata la conversione del vapore in acqua o dell'acqua in vapore. Ciò può anche essere formulato in questo modo: nelle condizioni della nostra curva e solo in queste condizioni, la coesistenza di liquido e vapore è possibile. Se il calore non viene aggiunto o rimosso, la quantità di vapore e liquido in un recipiente chiuso rimarrà invariata. Si dice che tale vapore e liquido siano in equilibrio, e il vapore che è in equilibrio con il suo liquido è detto saturo.

La curva di ebollizione e condensazione, come vediamo, ha un altro significato: è la curva di equilibrio di liquido e vapore. La curva di equilibrio divide il campo del diagramma in due parti. A sinistra e in alto (a alte temperature e pressioni più basse) esiste una regione di stato stabile del vapore. A destra e in basso c'è la regione dello stato stabile del liquido.

La curva di equilibrio vapore-liquido, cioè la curva del punto di ebollizione in funzione della pressione o, che è la stessa cosa, della pressione del vapore in funzione della temperatura, è approssimativamente la stessa per tutti i liquidi. In alcuni casi il cambiamento può essere un po’ più brusco, in altri un po’ più lento, ma la pressione del vapore aumenta sempre rapidamente con l’aumentare della temperatura.

Abbiamo già usato più volte le parole “gas” e “vapore”. Queste due parole sono abbastanza uguali. Possiamo dire: il gas acqua è vapore acqueo, il gas ossigeno è vapore liquido ossigeno. Tuttavia, si è sviluppata una certa abitudine nell'usare queste due parole. Poiché siamo abituati a un certo intervallo di temperature relativamente piccolo, di solito applichiamo la parola “gas” a quelle sostanze la cui pressione di vapore a temperature normali è più elevata pressione atmosferica. Al contrario, parliamo di una coppia quando temperatura ambiente e la pressione atmosferica, la sostanza è più stabile sotto forma di liquido.

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Effetto della pressione sul punto di fusione Se si modifica la pressione, cambierà anche la temperatura di fusione. Abbiamo riscontrato lo stesso schema quando abbiamo parlato dell'ebollizione. Maggiore è la pressione, maggiore è il punto di ebollizione. Questo vale generalmente anche per la fusione. Tuttavia

La vaporizzazione può avvenire non solo a seguito dell'evaporazione, ma anche durante l'ebollizione. Consideriamo l'ebollizione da un punto di vista energetico.

C'è sempre un po' d'aria disciolta in un liquido. Quando un liquido viene riscaldato, la quantità di gas disciolto in esso diminuisce, a seguito della quale una parte di esso viene rilasciata sotto forma di piccole bolle sul fondo e sulle pareti del recipiente e su particelle solide non disciolte sospese nel liquido. Il liquido evapora in queste bolle d'aria. Nel corso del tempo, i vapori in essi contenuti si saturano. Con un ulteriore riscaldamento, la pressione del vapore saturo all'interno delle bolle e il loro volume aumentano. Quando la pressione del vapore all'interno delle bolle diventa uguale alla pressione atmosferica, sotto l'influenza della forza di galleggiamento di Archimede, salgono sulla superficie del liquido, scoppiano e da esse esce vapore. La vaporizzazione che avviene contemporaneamente sia dalla superficie del liquido che all'interno del liquido stesso in bolle d'aria è detta ebollizione. Viene chiamata la temperatura alla quale la pressione del vapore saturo nelle bolle diventa uguale alla pressione esterna punto di ebollizione.

Poiché alle stesse temperature le pressioni dei vapori saturi di vari liquidi sono diverse, allora a temperature diverse diventano uguali alla pressione atmosferica. Ciò fa bollire liquidi diversi a temperature diverse. Questa proprietà dei liquidi viene utilizzata nella sublimazione dei prodotti petroliferi. Quando l'olio viene riscaldato, evaporano prima le parti più pregiate e volatili (benzina), che vengono così separate dai residui “pesanti” (oli, olio combustibile).

Dal fatto che l'ebollizione avviene quando la pressione dei vapori saturi è uguale alla pressione esterna del liquido, ne consegue che il punto di ebollizione del liquido dipende dalla pressione esterna. Se viene aumentato, il liquido bolle di più alta temperatura, poiché il vapore saturo richiede una temperatura più elevata per raggiungere tale pressione. Al contrario, a pressione ridotta il liquido bolle a temperatura più bassa. Questo può essere verificato dall'esperienza. Riscaldare l'acqua nel pallone a ebollizione e rimuovere la lampada ad alcool (Fig. 37, a). L'acqua smette di bollire. Chiuso il pallone con un tappo, inizieremo a rimuovere da esso l'aria e il vapore acqueo con una pompa, riducendo così la pressione sull'acqua, che di conseguenza bolle Dopo averla fatta bollire nel pallone aperto, pompando aria nel pallone aumenteremo la pressione sull'acqua (Fig. 37, b) . 1 atm l'acqua bolle a 100° C, e a 10 atm- a 180° C. Questa dipendenza viene utilizzata, ad esempio, nelle autoclavi, in medicina per la sterilizzazione, in cucina per velocizzare la cottura dei prodotti alimentari.

Perché un liquido inizi a bollire, deve essere riscaldato alla temperatura di ebollizione. Per fare ciò, è necessario conferire energia al liquido, ad esempio la quantità di calore Q = cm(t° a - t° 0). Durante l'ebollizione la temperatura del liquido rimane costante. Ciò accade perché la quantità di calore riportata durante l'ebollizione viene spesa non per aumentare l'energia cinetica delle molecole liquide, ma per il lavoro di rottura dei legami molecolari, cioè per la vaporizzazione. Durante la condensazione, il vapore, secondo la legge di conservazione dell'energia, rilascia nell'ambiente la stessa quantità di calore che è stata spesa per la formazione del vapore. La condensazione avviene al punto di ebollizione, che rimane costante durante il processo di condensazione. (Spiegare perché).

Facciamo un'equazione equilibrio termico durante la vaporizzazione e la condensazione. Il vapore, prelevato al punto di ebollizione del liquido, entra nell'acqua nel calorimetro attraverso il tubo A (Fig. 38, a), vi si condensa, cedendogli la quantità di calore spesa per la sua produzione. L'acqua e il calorimetro ricevono una quantità di calore non solo dalla condensazione del vapore, ma anche dal liquido che da esso si ottiene. Dati quantità fisiche sono riportati in tabella. 3.

Il vapore condensante cedeva la quantità di calore Q p = rm 3(Fig. 38, b). Il liquido ottenuto dal vapore, raffreddato da t° 3 a θ°, cede una certa quantità di calore Q3 = c2m3 (t3° - θ°).

Il calorimetro e l'acqua, riscaldandosi da t° 2 a θ° (Fig. 38, c), ricevevano la quantità di calore

Q 1 = c 1 m 1 (θ° - t° 2); Q2 = c2m2 (θ° - t°2).

Basato sulla legge di conservazione e trasformazione dell'energia

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

"E uomo intelligente A volte devo pensare” Gennady Malkin

Nella vita di tutti i giorni, usando l'esempio di un'autoclave, puoi tracciare la dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dalla pressione. Diciamo che per preparare un prodotto e distruggere tutti gli esseri viventi pericolosi, comprese le spore del botulismo, abbiamo bisogno di una temperatura di 120 °C. Non è possibile raggiungere questa temperatura in una semplice pentola; l'acqua bollirà semplicemente a 100°C. Esatto, ad una pressione atmosferica di 1 kgf/cm² (760 mmHg), l'acqua bollirà a 100°C. In una parola, dobbiamo realizzare un contenitore ermetico dalla padella, cioè un'autoclave. Utilizzando la tabella determiniamo la pressione alla quale l'acqua bollirà a 120 °C. Questa pressione è pari a 2 kgf/cm². Ma questa è la pressione assoluta e abbiamo bisogno della pressione relativa; la maggior parte dei manometri mostra una pressione in eccesso; Poiché la pressione assoluta è uguale alla somma della sovrappressione (Pg.) e della pressione barometrica (P bar.), cioè R ass. = P es. + P bar, allora la sovrappressione nell'autoclave non deve essere inferiore a P g = P abs. – Barra R. = 2-1=1 kgf/cm2. Questo è ciò che vediamo nella figura sopra. Il principio di funzionamento è quello dovuto all'iniezione di una sovrappressione di 0,1 MPa. una volta riscaldata, la temperatura di sterilizzazione dei prodotti in scatola aumenta fino a 110-120°C e l'acqua all'interno dell'autoclave non bolle.

La dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dalla pressione è presentata nella tabella da V.P

Tavolo di V.P.Vukalovich

R T io/ io // R
0,010 6,7 6,7 600,2 593,5
0,050 32,6 32,6 611,5 578,9
0,10 45,5 45,5 617,0 571,6
0,20 59,7 59,7 623,1 563,4
0,30 68,7 68,7 626,8 558,1
0,40 75,4 75,4 629,5 554,1
0,50 80,9 80,9 631,6 550,7
0,60 85,5 85,5 633,5 548,0
0,70 89,5 89,5 635,1 545,6
0,80 93,0 93.1 636,4 543,3
0,90 96,2 96,3 637,6 541,3
1,0 99,1 99,2 638,8 539,6
1,5 110,8 111,0 643,1 532,1
2,0 119,6 120,0 646,3 526,4
2,5 126,8 127,2 648,7 521,5
3,0 132,9 133,4 650,7 517,3
3,5 138,2 138,9 652,4 513,5
4,0 142,9 143,7 653,9 510,2
4,5 147,2 148,1 655,2 507,1
5,0 151,1 152,1 656,3 504,2
6,0 158,1 159,3 658,3 498,9
7,0 164,2 165,7 659,9 494,2
8,0 169,6 171,4 661,2 489,8

P – pressione assoluta in at, kgf/cm2; t – temperatura in oC; i / – entalpia dell'acqua bollente, kcal/kg; i // – entalpia del vapore saturo secco, kcal/kg; r – calore latente di vaporizzazione, kcal/kg.

La dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dalla pressione è direttamente proporzionale, ovvero maggiore è la pressione, maggiore è il punto di ebollizione. Per comprendere meglio questa relazione, ti viene chiesto di rispondere alle seguenti domande:

1. Cos'è l'acqua surriscaldata? Qual è la temperatura massima dell'acqua possibile nel vostro locale caldaia?

2. Cosa determina la pressione alla quale funziona la tua caldaia per l'acqua calda?

3. Fornisci esempi di utilizzo della dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dalla pressione nel locale caldaia.

4. Cause del colpo d'ariete nelle reti di riscaldamento dell'acqua. Perché si sente un crepitio negli impianti di riscaldamento locali di una casa privata e come evitarlo?

5. E infine, qual è il calore latente della vaporizzazione? Perché, in determinate condizioni, proviamo un caldo insopportabile nel bagno russo e lasciamo il bagno turco? Sebbene la temperatura nel bagno turco non sia superiore a 60 o C.

Utilizzando il fenomeno del raffreddamento di un liquido mentre evapora; dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dalla pressione.

Durante la vaporizzazione una sostanza passa dallo stato liquido allo stato gassoso (vapore). Esistono due tipi di vaporizzazione: evaporazione ed ebollizione.

Evaporazione- Si tratta della vaporizzazione che avviene dalla superficie libera di un liquido.

Come avviene l'evaporazione? Sappiamo che le molecole di qualsiasi liquido sono in movimento continuo e casuale, alcune si muovono più velocemente, altre più lentamente. Le forze di attrazione l'una verso l'altra impediscono loro di volare via. Se, tuttavia, sulla superficie del liquido è presente una molecola con un'energia cinetica sufficientemente elevata, sarà in grado di superare le forze di attrazione intermolecolare e volare fuori dal liquido. La stessa cosa si ripeterà con un'altra molecola veloce, con la seconda, la terza, ecc. Volando fuori, queste molecole formano vapore sopra il liquido. La formazione di questo vapore è l'evaporazione.

Poiché le molecole più veloci volano fuori da un liquido durante l'evaporazione, l'energia cinetica media delle molecole rimaste nel liquido diventa sempre minore. Di conseguenza la temperatura del liquido in evaporazione diminuisce: Il liquido viene raffreddato. Questo è il motivo per cui, in particolare, una persona con abiti bagnati sente più freddo che con abiti asciutti (soprattutto con il vento).

Allo stesso tempo, tutti sanno che se versi dell'acqua in un bicchiere e la lasci sul tavolo, nonostante l'evaporazione, non si raffredderà continuamente, diventando sempre più fredda fino a congelarsi. Cosa lo impedisce? La risposta è molto semplice: scambio termico tra l'acqua e l'aria calda che circonda il vetro.

Il raffreddamento di un liquido durante l'evaporazione è più evidente nel caso in cui l'evaporazione avviene abbastanza rapidamente (in modo che il liquido non abbia il tempo di ripristinare la sua temperatura a causa dello scambio di calore con ambiente). I liquidi volatili con deboli forze attrattive intermolecolari, come etere, alcol e benzina, evaporano rapidamente. Se lasci cadere un liquido del genere sulla mano, sentirai freddo. Evaporando dalla superficie della mano, un tale liquido si raffredderà e le toglierà parte del calore.



Le sostanze che evaporano rapidamente sono ampiamente utilizzate nella tecnologia. Ad esempio, nella tecnologia spaziale, i veicoli di discesa sono rivestiti con tali sostanze. Quando attraversa l'atmosfera del pianeta, il corpo dell'apparato si riscalda a causa dell'attrito e la sostanza che lo ricopre inizia ad evaporare. Mentre evapora, si raffredda veicolo spaziale, evitando così il surriscaldamento.

Il raffreddamento dell'acqua durante la sua evaporazione viene utilizzato anche negli strumenti utilizzati per misurare l'umidità dell'aria - psicrometri(dal greco “psychros” - freddo). Lo psicrometro è composto da due termometri. Uno di questi (secco) mostra la temperatura dell'aria, e l'altro (il cui serbatoio è legato con cambrico immerso nell'acqua) mostra di più bassa temperatura, a causa dell'intensità dell'evaporazione dal cambrico umido. Più secca è l'aria di cui viene misurata l'umidità, maggiore è l'evaporazione e quindi minore è la lettura del bulbo umido. E viceversa, maggiore è l'umidità dell'aria, minore è l'intensa evaporazione e quindi maggiore è la temperatura mostrata da questo termometro. Sulla base delle letture dei termometri secchi e umidificati, l'umidità dell'aria, espressa in percentuale, viene determinata utilizzando una tabella speciale (psicrometrica). L'umidità massima è del 100% (a questa umidità dell'aria, la rugiada appare sugli oggetti). Per l'uomo si ritiene che l'umidità più favorevole sia compresa tra il 40 e il 60%.

Con l'aiuto di semplici esperimenti è facile stabilire che la velocità di evaporazione aumenta all'aumentare della temperatura del liquido, nonché all'aumentare dell'area della sua superficie libera e in presenza di vento.

Perché il liquido evapora più velocemente quando c'è vento? Il fatto è che contemporaneamente all'evaporazione sulla superficie del liquido si verifica anche il processo inverso: condensazione. La condensazione si verifica a causa del fatto che alcune molecole di vapore, muovendosi casualmente sul liquido, ritornano nuovamente ad esso. Il vento porta via le molecole che volano fuori dal liquido e non permette loro di tornare indietro.

La condensa può verificarsi anche quando il vapore non è a contatto con il liquido. È la condensazione, ad esempio, a spiegare la formazione delle nuvole: le molecole di vapore acqueo che salgono dal suolo negli strati più freddi dell'atmosfera si raggruppano in minuscole goccioline d'acqua, i cui accumuli costituiscono le nuvole. La condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera provoca anche pioggia e rugiada.

Dipendenza della temperatura di ebollizione dalla pressione

Il punto di ebollizione dell'acqua è 100°C; si potrebbe pensare che questa sia una proprietà intrinseca dell'acqua, che l'acqua, non importa dove e in quali condizioni si trovi, bollirà sempre a 100°C.

Ma non è così, e lo sanno bene gli abitanti dei paesi di alta montagna.

Vicino alla cima dell'Elbrus c'è una casa per turisti e una stazione scientifica. I principianti a volte sono sorpresi da “quanto sia difficile far bollire un uovo in acqua bollente” o “perché l’acqua bollente non brucia”. In queste condizioni, viene detto loro che l'acqua bolle sulla cima dell'Elbrus già a 82°C.

Qual è il problema? Quale fattore fisico interferisce con il fenomeno dell'ebollizione? Qual è il significato dell'altitudine sul livello del mare?

Questo fattore fisico è la pressione che agisce sulla superficie del liquido. Non è necessario salire in cima ad una montagna per verificare la verità di quanto detto.

Mettendo l'acqua riscaldata sotto una campana e pompando o pompando fuori l'aria da lì, puoi assicurarti che il punto di ebollizione aumenti all'aumentare della pressione e scenda quando diminuisce.

L'acqua bolle a 100°C solo ad una certa pressione - 760 mm Hg. Arte. (o 1 atm).

La curva del punto di ebollizione in funzione della pressione è mostrata in Fig. 4.2. Nella parte superiore dell'Elbrus la pressione è di 0,5 atm e questa pressione corrisponde ad un punto di ebollizione di 82°C.

Riso. 4.2

Ma l'acqua bolle a 10-15 mmHg. Art., puoi rinfrescarti quando fa caldo. A questa pressione il punto di ebollizione scenderà a 10-15°C.

Puoi anche ottenere “acqua bollente”, che ha la temperatura dell’acqua gelata. Per fare ciò, dovrai ridurre la pressione a 4,6 mm Hg. Arte.

Un'immagine interessante può essere osservata se si posiziona una nave aperta con acqua sotto la campana e si pompa l'aria. Il pompaggio farà bollire l'acqua, ma l'ebollizione richiede calore. Non c'è nessun posto dove prenderlo e l'acqua dovrà rinunciare alla sua energia. La temperatura dell'acqua bollente inizierà a scendere, ma man mano che il pompaggio continua, anche la pressione diminuirà. Pertanto, l'ebollizione non si fermerà, l'acqua continuerà a raffreddarsi e alla fine congelare.

Questa ebollizione dell'acqua fredda si verifica non solo quando l'aria viene pompata all'esterno. Ad esempio, quando l'elica di una nave gira, la pressione in uno strato d'acqua in rapido movimento vicino a una superficie metallica diminuisce notevolmente e l'acqua in questo strato bolle, cioè al suo interno compaiono numerose bolle piene di vapore. Questo fenomeno è chiamato cavitazione (dal latino cavitas - cavità).

Riducendo la pressione, abbassiamo il punto di ebollizione. E aumentandolo? Un grafico come il nostro risponde a questa domanda. Una pressione di 15 atm può ritardare l'ebollizione dell'acqua, inizierà solo a 200°C, mentre una pressione di 80 atm farà bollire l'acqua solo a 300°C.

Quindi, ad un certo punto di ebollizione corrisponde una certa pressione esterna. Ma questa affermazione può essere “capovolta” dicendo questo: ad ogni punto di ebollizione dell’acqua corrisponde una sua pressione specifica. Questa pressione è chiamata tensione di vapore.

La curva che rappresenta il punto di ebollizione in funzione della pressione è anche una curva della tensione di vapore in funzione della temperatura.

I numeri tracciati sul grafico del punto di ebollizione (o sul grafico della pressione di vapore) mostrano che la pressione di vapore cambia molto bruscamente con la temperatura. A 0°C (cioè 273 K) la tensione di vapore è 4,6 mmHg. Art., a 100°C (373 K) è pari a 760 mm Hg. Art., cioè aumenta di 165 volte. Quando la temperatura raddoppia (da 0°C, cioè 273 K, a 273°C, cioè 546 K), la tensione di vapore aumenta da 4,6 mm Hg. Arte. quasi fino a 60 atm, cioè circa 10.000 volte.

Pertanto, al contrario, il punto di ebollizione cambia con la pressione piuttosto lentamente. Quando la pressione raddoppia da 0,5 atm a 1 atm, il punto di ebollizione aumenta da 82°C (355 K) a 100°C (373 K) e quando la pressione raddoppia da 1 a 2 atm - da 100°C (373 K) a 120°C (393 K).

La stessa curva che stiamo ora considerando controlla anche la condensazione (condensazione) del vapore in acqua.

Il vapore può essere convertito in acqua mediante compressione o raffreddamento.

Sia durante l'ebollizione che durante la condensazione, il punto non si sposterà dalla curva finché non sarà completata la conversione del vapore in acqua o dell'acqua in vapore. Ciò può anche essere formulato in questo modo: nelle condizioni della nostra curva e solo in queste condizioni, la coesistenza di liquido e vapore è possibile. Se il calore non viene aggiunto o rimosso, la quantità di vapore e liquido in un recipiente chiuso rimarrà invariata. Si dice che tale vapore e liquido siano in equilibrio, e il vapore che è in equilibrio con il suo liquido è detto saturo.

La curva di ebollizione e condensazione, come vediamo, ha un altro significato: è la curva di equilibrio di liquido e vapore. La curva di equilibrio divide il campo del diagramma in due parti. A sinistra e in alto (verso temperature più alte e pressioni più basse) c'è la regione dello stato stabile del vapore. A destra e in basso c'è la regione dello stato stabile del liquido.

La curva di equilibrio vapore-liquido, cioè la curva della dipendenza del punto di ebollizione dalla pressione o, che è lo stesso, della pressione di vapore dalla temperatura, è approssimativamente la stessa per tutti i liquidi. In alcuni casi il cambiamento può essere un po’ più brusco, in altri un po’ più lento, ma la pressione del vapore aumenta sempre rapidamente con l’aumentare della temperatura.

Abbiamo già usato più volte le parole “gas” e “vapore”. Queste due parole sono abbastanza uguali. Possiamo dire: il gas acqua è vapore acqueo, il gas ossigeno è vapore liquido ossigeno. Tuttavia, si è sviluppata una certa abitudine nell'usare queste due parole. Poiché siamo abituati a un certo intervallo di temperature relativamente piccolo, di solito applichiamo la parola "gas" a quelle sostanze la cui elasticità del vapore a temperature ordinarie è superiore alla pressione atmosferica. Si parla invece di vapore quando, a temperatura ambiente e pressione atmosferica, la sostanza è più stabile sotto forma di liquido.

L'ebollizione è il processo di modifica dello stato di aggregazione di una sostanza. Quando parliamo di acqua intendiamo il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore. È importante notare che l'ebollizione non è evaporazione, che può avvenire anche a temperatura ambiente. Inoltre, non deve essere confuso con l'ebollizione, che è il processo di riscaldamento dell'acqua a una determinata temperatura. Ora che abbiamo compreso i concetti, possiamo determinare a quale temperatura bolle l'acqua.

Processo

Il processo di trasformazione dello stato di aggregazione da liquido a gassoso è complesso. E anche se le persone non lo vedono, ci sono 4 fasi:

  1. Nella prima fase si formano piccole bolle sul fondo del contenitore riscaldato. Possono anche essere visti sui lati o sulla superficie dell'acqua. Si formano a causa dell'espansione delle bolle d'aria, che sono sempre presenti nelle fessure del contenitore dove viene riscaldata l'acqua.
  2. Nella seconda fase, il volume delle bolle aumenta. Cominciano tutti a correre in superficie, poiché al loro interno c'è vapore saturo, che è più leggero dell'acqua. All'aumentare della temperatura di riscaldamento aumenta la pressione delle bolle, che vengono spinte in superficie grazie alla nota forza di Archimede. In questo caso si sente il caratteristico suono dell'ebollizione, che si forma a causa della costante espansione e riduzione delle dimensioni delle bolle.
  3. Nella terza fase puoi vedere in superficie gran numero bolle. Questo inizialmente crea torbidità nell'acqua. Questo processo è popolarmente chiamato “ebollizione bianca” e dura un breve periodo di tempo.
  4. Nella quarta fase, l'acqua bolle intensamente, sulla superficie compaiono grandi bolle che scoppiano e possono apparire degli schizzi. Molto spesso, gli schizzi significano che il liquido si è riscaldato temperatura massima. Il vapore inizierà a fuoriuscire dall'acqua.

È noto che l'acqua bolle a una temperatura di 100 gradi, cosa possibile solo al quarto stadio.

Temperatura del vapore

Il vapore è uno degli stati dell'acqua. Quando entra nell'aria, come gli altri gas, esercita su di essa una certa pressione. Durante la vaporizzazione, la temperatura del vapore e dell'acqua rimane costante finché l'intero liquido non cambia il suo stato di aggregazione. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che durante l'ebollizione tutta l'energia viene spesa per convertire l'acqua in vapore.

All'inizio dell'ebollizione si forma vapore umido e saturo, che diventa secco dopo che tutto il liquido è evaporato. Se la sua temperatura inizia a superare la temperatura dell'acqua, tale vapore si surriscalda e le sue caratteristiche saranno più vicine al gas.

Acqua salata bollente

È piuttosto interessante sapere a quale temperatura bolle l'acqua contenuto aumentato sale. È noto che dovrebbe essere più elevato a causa del contenuto di ioni Na+ e Cl- nella composizione, che occupano l'area tra le molecole d'acqua. Ecco come la composizione chimica dell'acqua con sale differisce dal normale liquido fresco.

Il fatto è che nell'acqua salata avviene una reazione di idratazione, il processo di aggiunta di molecole d'acqua agli ioni di sale. I legami tra le molecole di acqua dolce sono più deboli di quelli formati durante l'idratazione, quindi ci vorrà più tempo perché un liquido con sale disciolto possa bollire. All’aumentare della temperatura, le molecole nell’acqua salata si muovono più velocemente, ma ce ne sono meno, causando collisioni tra loro meno frequenti. Di conseguenza viene prodotto meno vapore e la sua pressione è quindi inferiore alla pressione del vapore dell'acqua dolce. Di conseguenza, sarà necessaria più energia (temperatura) per la vaporizzazione completa. In media, per far bollire un litro d'acqua contenente 60 grammi di sale, è necessario aumentare il grado di ebollizione dell'acqua del 10% (cioè di 10 C).

Dipendenza dell'ebollizione dalla pressione

Si sa che in montagna, a prescindere composizione chimica l'acqua avrà un punto di ebollizione più basso. Ciò si verifica perché la pressione atmosferica è più bassa in quota. La pressione normale è considerata 101.325 kPa. Con esso, il punto di ebollizione dell'acqua è di 100 gradi Celsius. Ma se sali su una montagna, dove la pressione è in media di 40 kPa, l'acqua bollirà a 75,88 C. Ma questo non significa che dovrai dedicare quasi la metà del tempo a cucinare in montagna. Il trattamento termico degli alimenti richiede una certa temperatura.

Si ritiene che ad un'altitudine di 500 metri sul livello del mare l'acqua bollirà a 98,3 C, e ad un'altitudine di 3000 metri il punto di ebollizione sarà di 90 C.

Tieni presente che questa legge si applica anche nella direzione opposta. Se metti un liquido in un pallone chiuso attraverso il quale il vapore non può passare, con l'aumento della temperatura e la formazione di vapore, la pressione in questo pallone aumenterà e l'ebollizione a ipertensione avverrà a temperature più elevate. Ad esempio, ad una pressione di 490,3 kPa, il punto di ebollizione dell'acqua sarà 151 C.

Acqua distillata bollente

L'acqua distillata è acqua purificata senza impurità. Viene spesso utilizzato per scopi medici o tecnici. Considerando che tale acqua non contiene impurità, non viene utilizzata per cucinare. È interessante notare che l'acqua distillata bolle più velocemente della normale acqua dolce, ma il punto di ebollizione rimane lo stesso: 100 gradi. Tuttavia, la differenza nel tempo di ebollizione sarà minima: solo una frazione di secondo.

In una teiera

Spesso le persone si chiedono a quale temperatura bolle l'acqua in un bollitore, poiché questi sono gli apparecchi utilizzati per far bollire i liquidi. Tenendo conto del fatto che la pressione atmosferica nell'appartamento è uguale allo standard e l'acqua utilizzata non contiene sali e altre impurità che non dovrebbero essere presenti, anche il punto di ebollizione sarà standard: 100 gradi. Ma se l'acqua contiene sale, il punto di ebollizione, come già sappiamo, sarà più alto.

Conclusione

Ora sai a quale temperatura bolle l'acqua e in che modo la pressione atmosferica e la composizione del liquido influenzano questo processo. Non c'è nulla di complicato in questo e i bambini ricevono tali informazioni a scuola. La cosa principale è ricordare che quando la pressione diminuisce, diminuisce anche il punto di ebollizione del liquido e, quando aumenta, aumenta anche.

Su Internet puoi trovare molte tabelle diverse che indicano la dipendenza del punto di ebollizione di un liquido dalla pressione atmosferica. Sono disponibili per tutti e vengono utilizzati attivamente da scolari, studenti e persino insegnanti degli istituti.