Fierberea este procesul de trecere a unei substanțe de la starea lichidă la starea gazoasă (vaporizarea într-un lichid). Fierberea nu este evaporare: diferă prin faptul că se poate întâmpla numai la o anumită presiune și temperatură.

Fierbere - încălzirea apei până la punctul de fierbere.

Fierberea apei este un proces complex care are loc în patru etape... Luați în considerare un exemplu de apă clocotită într-un vas de sticlă deschis.

În prima etapă apă clocotită, pe fundul vasului apar mici bule de aer, care pot fi văzute și la suprafața apei pe laterale.

Aceste bule se formează ca urmare a expansiunii micilor bule de aer care se găsesc în mici fisuri ale vasului.

În a doua etapă se observa o crestere a volumului bulelor: tot mai multe bule de aer ies la suprafata. Există abur saturat în interiorul bulelor.

Pe măsură ce temperatura crește, presiunea bulelor saturate crește, drept urmare acestea cresc în dimensiune. Ca urmare, forța arhimediană care acționează asupra bulelor crește.

Datorită acestei forțe, bulele tind spre suprafața apei. Dacă stratul superior de apă nu a avut timp să se încălzească pana la 100 de grade C(și acesta este punctul de fierbere apa pura fără impurități), apoi bulele coboară în straturile mai fierbinți, după care se repezi din nou la suprafață.

Datorită faptului că bulele sunt în continuă scădere și creștere în dimensiune, în interiorul vasului apar unde sonore, care creează zgomotul caracteristic fierberii.

În a treia etapă se ridică la suprafaţa apei o cantitate mare bule, care provoacă inițial o ușoară turbiditate a apei, care apoi „devine palidă”. Acest proces nu durează mult și se numește „fierberea cu cheia albă”.

In cele din urma, la a patra etapă fierbinte, apa începe să fiarbă intens, apar bule mari și stropii (de regulă, stropii înseamnă că apa a fiert prea mult).

Vaporii de apă încep să se formeze din apă, iar apa scoate sunete specifice.

De ce pereții „înfloresc” și ferestrele „plâng”? Foarte des, constructorii sunt de vină pentru acest lucru, care au calculat incorect punctul de rouă. Citiți articolul pentru a afla cât de important este acest lucru. fenomen fizic, și cum scapi de umezeala excesivă din casă?

Ce beneficii poate aduce apa topită celor care vor să slăbească? Vei afla despre asta, rezulta ca poti slabi fara prea mult efort!

Temperatura aburului la apă clocotită ^

Aburul este starea gazoasă a apei. Când aburul intră în aer, acesta, ca și alte gaze, exercită o anumită presiune asupra acestuia.

În timpul vaporizării, temperatura aburului și a apei va rămâne constantă până când toată apa se va evapora. Acest fenomen se explică prin faptul că toată energia (temperatura) este direcționată către conversia apei în abur.

În acest caz, se formează abur saturat uscat. Nu există particule foarte dispersate ale fazei lichide într-un astfel de vapori. De asemenea, aburul poate fi saturat umed si supraincalzit.

Abur saturat care contine particule fine in suspensie din faza lichida, care sunt distribuite uniform pe întreaga masă de abur, se numește abur saturat umed.

La începutul fierberii apei, se formează un astfel de abur, care apoi se transformă în saturat uscat. Aburul, a cărui temperatură este mai mare decât temperatura apei clocotite, sau mai degrabă aburul supraîncălzit, poate fi obținut numai cu ajutorul echipamentelor speciale. În acest caz, un astfel de vapor va fi apropiat în caracteristicile sale de un gaz.

Punctul de fierbere al apei sărate ^

Punctul de fierbere al apei sărate este mai mare decât punctul de fierbere al apei proaspete... prin urmare Apă sărată fierbe mai târziu proaspăt... Apa sărată conține ioni Na + și Cl-, care ocupă o anumită zonă între moleculele de apă.

În apa sărată, moleculele de apă se atașează de ionii de sare - acest proces se numește „hidratare”. Legătura dintre moleculele de apă este mult mai slabă decât legătura formată în timpul hidratării.

Prin urmare, atunci când se fierbe din molecule de apă dulce, vaporizarea are loc mai rapid.

Fierberea apei cu sare dizolvată va necesita mai multă energie, care în acest caz este temperatura.

Pe măsură ce temperatura crește, moleculele din apa sărată încep să se miște mai repede, dar sunt mai puține, așa că se ciocnesc mai rar. Ca urmare, se produce mai puțin abur, a cărui presiune este mai mică decât cea a aburului de apă dulce.

Pentru ca presiunea din apa sărată să crească peste presiunea atmosferică și să înceapă procesul de fierbere, este necesară o temperatură mai mare. Când se adaugă 60 de grame de sare la 1 litru de apă, punctul de fierbere va crește cu 10 C.

Oleg

Și aici au fost greșiți cu 3 ordine de mărime „Căldura specifică de vaporizare a apei este egală cu 2260 J/kg”. kJ corect, adică de 1000 de ori mai mult.

Nastya

Ce explică punctul de fierbere ridicat al apei?
Din cauza la care fierbe apa temperatura ridicata?

IamJiva

Aburul supraîncălzit este aburul cu o temperatură peste 100C (bine, dacă nu ești la munte sau în vid, ci în condiții normale), se obține prin trecerea aburului prin tuburi fierbinți, sau, mai simplu, dintr-o soluție de fierbere de sare sau alcali (periculoase - alcalii sunt mai puternici decât Na2CO3 (de exemplu potasiu - K2CO3 de ce reziduurile de NaOH într-o zi sau două nu devin periculoase pentru ochi, spre deosebire de reziduurile de KOH carbogazoase în aer) saponifică ochii, nu uitați să purtați înot ochelari de protecție!), dar astfel de soluții fierb în smucitură, sunt necesare boilere și strat subțire la fund se poate adauga apa la fierbere, doar ca fierbe.
deci din apa sarata se poate obtine prin fierbere abur cu temperatura de aproximativ 110C, nu mai rau decat la fel dintr-o teava fierbinte de 110C, acest abur contine doar apa si se incalzeste, in care mod nu-si aminteste, dar la 10C are o „rezervă de putere” în comparație cu aburul dintr-un ceainic cu apă proaspătă.
Se poate numi uscat deoarece încălzirea (contact ca într-o țeavă, sau chiar prin radiații caracteristice nu numai soarelui, ci și oricărui corp la un anumit grad (dependent de temperatură)) un anumit obiect, după răcire la 100C, acesta poate rămâne în continuare un gaz, și doar răcirea ulterioară sub 100C îl va face să se condenseze într-o picătură de apă și aproape un vid (presiunea vaporilor de apă saturați este de aproximativ 20 mm Hg din 760 mm Hg (1 atm), adică de 38 de ori mai mică decât presiunea atmosferică, acest lucru se întâmplă și cu aburul neîncălzit, saturat, cu o temperatură de 100 ° C într-un vas încălzit (un ibric dintr-un jet pe care îl toarnă aburul), și nu numai cu apă, ci cu orice substanță care fierbe, de exemplu , eterul medical fierbe deja la temperatura corpului și poate fierbe într-un balon în palma mâinii, din gâtul căruia se vor „țâșni”, refractând vizibil lumina, dacă acum Închideți balonul cu a doua palmă și îndepărtați încălzirea palmei inferioare, înlocuind-o cu un suport cu o temperatură sub 35C, eterul se va opri din fierbere, iar vaporii săi saturati, care au împins tot aerul din balon în timpul fierberii, se vor condensa sunt atrași într-o picătură de eter, creând un vid nu mai puternic decât cel din care fierbe eterul, adică aproximativ egal cu presiunea vaporilor saturati de eter la temperatura punctului cel mai rece din interiorul balonului, sau un al doilea vas sau furtun conectat la acesta fără scurgeri cu un capăt îndepărtat închis, așa funcționează dispozitivul Kriophor, demonstrând principiul unui perete rece, cum ar fi lipicios dulce - albinele, captând toate moleculele de vapori din sistem ("alcool în vid". " este condus în acest fel, fără încălzire)

Și la peste 1700 de grade Celsius, apa se descompune foarte bine în oxigen și hidrogen... se dovedește un boom prost, nu este nevoie să o stropiți pe tot felul de structuri metalice-sycambrich care arde.

Fierbe lichide

La o temperatură suficient de scăzută, evaporarea lichidului are loc de pe suprafața sa liberă și este calmă. La atingerea unei anumite temperaturi, numit Punct de fierbere, vaporizarea începe să apară nu numai de pe suprafața liberă, ci și în cea mai mare parte a lichidului. În interiorul acestuia apar bule de abur, cresc în dimensiune și ies la suprafață. Vaporizarea devine violentă și se numește fierbere. Mecanismul de fierbere este următorul.

Există întotdeauna bule de aer minuscule într-un lichid, care, ca și particulele browniene, fac mișcări aleatorii lente în volumul lichidului. În interiorul bulelor, împreună cu aerul, există și vapori saturati din lichidul din jur. Condiția pentru stabilitatea dimensiunii bulei este egalitatea presiunilor interne și externe pe suprafața acesteia. Presiunea externă este egală cu suma presiunii atmosferice și a presiunii hidrostatice la adâncimea unde se află bula. Presiunea internă este egală cu suma presiunilor parțiale ale aerului și vaporilor din interiorul bulei. Prin urmare,

.

Pentru adâncimi mici, la care presiunea hidrostatică este mică în comparație cu presiunea atmosferică, putem pune, iar ultima egalitate va lua forma:

Dacă temperatura crește ușor, atunci presiunea vaporilor saturați din bulă va crește și dimensiunea bulei va crește, presiunea aerului din interiorul acesteia va scădea, astfel încât suma va rămâne neschimbată și condiția de echilibru (13.19) va fi îndeplinită la o temperatură crescută pentru o bulă cu o dimensiune crescută. Cu toate acestea, dacă temperatura crește atât de mult încât presiunea vaporilor saturați din bulă devine egală cu presiunea atmosferică,

atunci egalitatea (13.19) încetează să mai fie valabilă. Dimensiunea bulei și masa vaporilor din ea vor crește, bula, sub acțiunea forței de flotabilitate (Arhimedian), se va repezi la suprafața lichidului, iar lichidul va începe să fiarbă. Deci, egalitatea (13.20) este condiția pentru fierberea unui lichid într-un vas la o adâncime mică: fierberea unui lichid la o adâncime mică are loc la o temperatură la care presiunea vaporilor saturați ai acestui lichid devine egală cu presiunea atmosferică. . Astfel, punctul de fierbere depinde de presiunea atmosferică.

Exemplul 13.4. Apa la presiunea atmosferică normală fierbe la temperatură. În consecință, presiunea vaporilor de apă saturați la această temperatură este egală cu presiunea atmosferică normală.

Exemplul 13.5. La temperatură, volumul unei bule în apă la o adâncime mică este. Temperatura apei a devenit egală. Care este volumul bulei la temperatura Presiunea atmosferica este normala. Presiunea vaporilor de apă saturați la o temperatură este , iar la temperatura este egal cu.

Să notăm prin masa de aer din bulă. Avem:

,

unde este masa molară a aerului, este presiunea aerului din bula de volum la temperatură. În conformitate cu condiția de echilibru, dimensiunea bulei (13.19) trebuie setată. Primim:

Aplicând ultima egalitate pentru doi temperaturi diferiteși, obținem:

Din ultimele egalități găsim:

.

Exemplul 13.6. Luați în considerare o soluție de substanță nevolatilă într-un anumit solvent. Aplicând legea lui Raoult (13.3), obținem pentru presiunea vaporilor saturați peste soluție:

.

Datorită nevolatilității substanței, avem, iar ultima egalitate ia forma:

.

Deci, presiunea vaporilor saturați peste soluție este mai mică decât peste solventul pur (la aceeași temperatură). Prin urmare, rezultă că soluția trebuie încălzită la o temperatură mai mare decât solventul pur pentru ca presiunea vaporilor saturați să fie egală cu presiunea atmosferică și să înceapă fierberea. Astfel, punctul de fierbere al soluției în cauză este mai mare decât punctul de fierbere al solventului pur.

Sarcina 13.5. Găsiți punctul de fierbere al apei în munți la o altitudine deasupra nivelului mării. Presiunea atmosferică la nivelul mării este considerată normală. Temperatura atmosferei este luată egală.

Răspuns: , unde este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică normală, - masa molară a aerului, - căldura molară latentă de vaporizare a apei la temperaturi apropiate de.

Indicaţie. Pentru a afla presiunea atmosferică la nivel, utilizați formula barometrică. Pentru a afla presiunea vaporilor saturați la temperatură, utilizați formula (13.17). Utilizați condiția de fierbere (13.20).

13.7. Transformări „lichid – solid”

Cu destule temperaturi scăzute toate lichidele, cu excepția heliului lichid, devin solide.

Să luăm în considerare transformarea unui lichid monocomponent, adică unul format din atomi de un tip, într-un solid. Acest proces se numește cristalizare... Cristalizarea este trecerea unui sistem de atomi la o stare cu un grad mai mare de ordine si are loc la o anumita temperatura, numita punct de topire(întărire). La această temperatură, energia cinetică a mișcării termice a atomilor devine suficient de mică și forțele de interacțiune dintre atomi pot ține atomii în anumite poziții - nodurile rețelei cristaline.

Procesul de transformare a unui solid într-un lichid se numește topireși este procesul invers de cristalizare. Acest proces are loc la aceeași temperatură cu topirea.

Dacă căldura este furnizată continuu unui solid, atunci temperatura acestuia se va schimba în timp, așa cum se arată în Fig. 13.4 a. Secțiunea corespunde încălzirii unui solid, secțiunea corespunde stării în două faze a unei substanțe, în care fazele solide și lichide ale acestei substanțe sunt în echilibru. Astfel, aria corespunde cu topirea solidului. În acel moment, toată materia devine lichidă și aportul suplimentar de căldură este însoțit de o creștere a temperaturii lichidului.

Căldura furnizată sistemului „solid - lichid” în stadiul de topire nu duce la o modificare a temperaturii sistemului și duce la distrugerea legăturilor dintre atomi. Această căldură se numește căldură latentă de fuziune.

Dacă lichidul degajă căldură, atunci temperatura lui depinde de timp, așa cum se arată în Fig. 13.4 b. Etapa corespunde răcirii lichidului, etapa cristalizării acestuia (stări în două faze ale sistemului), iar etapa răcirii solidului. Căldura pe care sistemul o degajă în stadiul de cristalizare se numește căldură latentă de cristalizare... Este egală cu căldura latentă de fuziune.

Dependențele de timp ale temperaturii sistemului prezentate în Fig. 13.4, sunt caracteristice tocmai pentru corpurile cristaline. Pentru substanțele amorfe, atunci când sunt încălzite (răcite), graficul temperatură în funcție de timp este o curbă monotonă, care corespunde înmuierii (solidificării) treptate a substanței amorfe cu creșterea (scăderea) temperaturii acesteia.

Cristalizarea începe într-un lichid aproape de centru sau centre de cristalizare. Sunt asociații aleatorii de atomi, de care sunt atașați apoi alți atomi, aliniându-se, până când tot lichidul se transformă într-un solid. Particulele macroscopice străine pot juca, de asemenea, rolul de centre de cristalizare dacă sunt prezente în lichid.

De obicei, atunci când un lichid este răcit, apar multe centre de cristalizare. În jurul acestor centri se formează structuri atomice, care în cele din urmă se formează policristal compus din multe cristale mici. O diagramă schematică a unui policristal este prezentată în Fig. 13.5.

În condiții speciale, se dovedește a fi posibil să se obțină ("crește") un singur cristal - un singur cristal format în jurul unui singur centru de cristalizare. Dacă, în acest caz, pentru toate direcțiile sunt prevăzute aceleași condiții pentru atașarea particulelor dintr-un lichid la cristalul rezultat, atunci se va dovedi faţetate corespunzătorîn funcţie de proprietăţile sale de simetrie.

Temperatura de topire depinde în general de presiunea la care este supus solidul; cursul posibil al acestei dependențe este prezentat grafic în Fig. 13.6. Dependența experimentală poate fi îndepărtată, de exemplu, prin plasarea unui creuzet cu o substanță topită într-o atmosferă de gaz, a cărei presiune poate fi modificată. Curba de dependență este curba de echilibru a fazelor lichide și solide. Puncte sub curbă corespund cu starea solidă a substanței, iar deasupra curbei - cu starea lichidă. Dacă, la o temperatură constantă, presiunea deasupra lichidului crește dintr-un punct, atunci la presiune (punct) va apărea o fază solidă în lichid, iar cu o creștere suplimentară a presiunii, tot lichidul se va solidifica (punct).

Relația teoretică dintre presiune și punctul de topire poate fi stabilită luând în considerare ciclul Carnot, realizat de sistemul bifazic „solid – lichid” exact în același mod în care s-a stabilit relația (13.12) între presiunea unui vapor saturat peste un lichid si temperatura. Făcând substituții formale în (13.12),,, unde este căldura molară latentă de fuziune, este volumul molar al fazei solide, este volumul molar al fazei lichide, obținem:

. (13.21)

Dacă substanța nu este pură, dar este aliaj, adică conține atomi diferiți, apoi, în cazul general, solidificarea poate avea loc într-un anumit interval de temperatură, și nu la o anumită temperatură, ca în substanțele pure.

Ținta 13.6... Acidul acetic se topește la presiunea atmosferică la temperatură. Diferența de volume specifice (adică volumele unei unități de masă de acid) ale fazelor lichide și solide ... Punctul de topire al acidului acetic se modifică atunci când presiunea se schimbă ... Găsiți căldura specifică (adică pe unitate de masă) de fuziune a acidului acetic.

Răspuns: .

Indicaţie. Utilizați formula (13.21). Luați în considerare faptul că volumul molar este legat de volumul specific prin raport, unde este masa molară. Căldura molară de fuziune este legată de căldura specifică de fuziune prin raport.

Fierbere- procesul de vaporizare intensă a unui lichid, inclusiv nașterea bulelor de vapori, creșterea și deplasarea acestora la suprafața lichidului. Fierberea, caracterizată prin formarea de bule de vapori pe suprafața de contact a unui lichid cu un solid, se numește fierbere la suprafață. În condiții reale, avem întotdeauna de-a face cu fierbere la suprafață, care are loc la interfața dintre un lichid și un solid încălzit deasupra punctului de fierbere (încălzitor). Când lichidul este încălzit până la începutul fierberii, cea mai mare parte a căldurii furnizate este cheltuită pe încălzire, iar restul pe evaporare. Lăsați temperatura fundului vasului T 1, temperatura lichidului pe suprafața liberă T 2. Atâta timp cât diferența de temperatură este mică, căldura este transferată într-un mediu lichid numai prin conducție termică. În acest caz, după cum știm, distribuția staționară a temperaturii în lichid satisface ecuația unidimensională de conducere a căldurii (4.5.21). Soluția acestei ecuații este funcția (4.5.23), adică temperatura lichidului scade liniar de la fundul vasului ( X= 0) la suprafața liberă ( X= d). În acest caz, gradientul de temperatură este constant și egal cu (fig. 78, A).

a B C

Cu o creștere suplimentară a temperaturii fundului vasului T 1, crește și gradientul de temperatură în mediul lichid. Când aceasta din urmă atinge o anumită valoare, are loc convecția liberă, iar căldura din lichid începe să fie transferată mai intens (convecția liberă a căldurii ia naștere sub acțiunea forțelor arhimediene și constă în transferul de mase a unui lichid mai încălzit vertical în sus și coborând în locul lui un lichid mai puţin încălzit). Acum, distribuția staționară a temperaturii este determinată de binecunoscuta ecuație de transfer de căldură convectivă

, (5.7.1)

unde este viteza lichidului în timpul convecției, A- coeficient de difuzivitate termică. Presupunând că viteza fluidului este constantă în prima aproximare, ajungem la o scădere exponențială a temperaturii cu înălțimea (Fig. 78, b). Acest lucru duce la o creștere semnificativă a gradientului de temperatură în lichid la limita cu fundul fierbinte și astfel transferul de căldură către lichid crește. În cele din urmă, lăsați temperatura fundului să devină atât de semnificativă încât pe suprafața sa încep să apară bule de vapori, care cresc treptat, se desprind și plutesc. Procesul de fierbere se stabilește în lichid. Experimentele arată că transferul de căldură în acest caz devine și mai intens. Ca rezultat, scăderea temperaturii lichidului lângă o suprafață solidă fierbinte va avea loc și mai puternic decât în ​​timpul convecției (Fig. 78, v).

Procesul de fierbere la suprafață începe la fundul vasului adiacent încălzitorului. În porii fundului vasului, există întotdeauna aer sau alt gaz dizolvat, care este generatorul de viitoare bule de abur. Pe măsură ce lichidul se evaporă în interiorul bulelor, presiunea vaporilor din acestea crește, bula începe să crească. Creșterea dimensiunii bulelor are loc mai ales rapid la o anumită temperatură T S presiune p(T S) aburul saturat din acesta devine egal sau ușor mai mare decât presiunea exterioară, adică. p(T S) = p ext. Apoi bula se rupe de jos și, sub acțiunea forței arhimedice, se ridică la suprafața lichidului.

Presiunea externă p ex este compus din presiunea atmosferică p 0, presiunea hidrostatică (ρ este densitatea lichidului, h Este adâncimea la care se formează bula) și presiunea Laplace ( R- raza bulei, - coeficientul tensiunii superficiale a lichidului). Astfel, procesul de fierbere va începe cu condiția ca presiunea vaporilor saturați la o temperatură dată T S

Temperatura T S fluid la care presiune p(T S) din vaporii săi saturati devine egală cu presiunea exterioară p extern unui lichid se numește punctul de fierbere al acestui lichid. Din egalitate

(5.7.3)

rezultă că punctul de fierbere este o funcţie de presiunea exterioară. Prin urmare, spuneți că punctul de fierbere a acestei substante este egal cu T S, fara a preciza la ce presiune exterioara s-a obtinut, este incorect.

Știm că presiunea vaporilor saturați a unui lichid scade odată cu scăderea temperaturii și crește odată cu creșterea temperaturii; prin urmare, punctul de fierbere al unui lichid scade și el odată cu scăderea presiunii externe și crește odată cu creșterea. Astfel, dacă o anumită funcție exprimă dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură, atunci funcția inversă determină dependența punctului de fierbere de presiunea externă. Din moment ce ecuația Clapeyron-Clausis

în formă diferenţială exprimă dependenţa presiunii vaporilor saturaţi de temperatură, apoi ecuaţia

(5.7.4)

definește sub formă diferențială dependența punctului de fierbere

de la presiunea externă, adică ecuația (5.7.4) este ecuația curbei de fierbere în formă diferențială. În această ecuație dT- modificarea punctului de fierbere al lichidului când presiunea exterioară se modifică cu dp.

În concluzie, observăm că, dacă aerul sau alt gaz dizolvat este îndepărtat dintr-un lichid prin fierbere prelungită, atunci acest lichid poate fi încălzit la o temperatură semnificativ mai mare decât punctul său de fierbere la o anumită presiune externă. Deci, lichidul rezultat se numește supraîncălzit. Dacă într-un lichid supraîncălzit se introduc neomogenități, de exemplu, aruncând în el boabe de nisip, în porii cărora se află aer, atunci lichidul fierbe violent, asemănător cu o explozie.

73. Starea amorfa si cristalina a materiei. Simetria solidelor. Elemente de bază de simetrie a solidelor.

În fizică, amorf și cristalin solide... Pe baza reținerii formei, corpurile amorfe sunt clasificate drept solide, în toate celelalte privințe, nu diferă de lichide. Corpurile amorfe sunt considerate lichide suprarăcite cu un coeficient de vâscozitate anormal de mare, din cauza căruia nu pot curge la temperaturi obișnuite. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește, se înmoaie treptat, fără a avea un punct de topire definit și dobândesc capacitatea de a curge, ceea ce este obișnuit pentru lichide. Proprietățile corpurilor amorfe sunt aceleași în toate direcțiile, adică sunt izotrope. De exemplu, dacă o minge este făcută din sticlă (un corp amorf), atunci proprietățile sale vor fi aceleași în direcții diferite. Deci, atunci când este comprimat cu aceeași forță în direcții diferite, va scădea cu aceeași cantitate. Dacă măsuram conductivitatea termică a sticlei încălzind mingea de sus și răcind-o de jos, sau încălzind-o din stânga și răcind-o din dreapta, constatăm că și conductibilitatea termică a sticlei în toate direcțiile este aceeași. Pentru razele de lumină care pătrund în sticla în toate direcțiile, indicele de refracție este și el același. Daca pui bol de sticlăîntre cele două plăci ale unui condensator încărcat și rotiți bila în jurul centrului său, atunci nu va exista nicio modificare a capacității condensatorului; aceasta înseamnă că constanta dielectrică nu depinde de direcție câmp electric inauntru.

Solidele cristaline se comportă destul de diferit. Cristalele au un punct de topire definit în funcție de presiunea externă. Viteza luminii, raportul de compresie izotermă, conductibilitatea termică, modulul elastic, constanta dielectrică și multe altele proprietăți fizice cristalul depinde foarte mult de direcția în el.

Se pot obține cristale căi diferite, de exemplu, prin răcirea lichidului. Cu o astfel de răcire, dacă nu se iau măsuri speciale, în faza lichidă apar multe centre de cristalizare, în jurul căreia se formează o fază solidă. Apar o mulțime de cristale mici, contopindu-se între ele în mod haotic și formând așa-numitul policristal. Deși fiecare dintre cristalele care formează un policrist este anizotrop, datorită orientării aleatorii a acestor cristale, corpul policristalin în ansamblu este izotrop.

Dacă, totuși, o sămânță este introdusă în lichidul răcit - un mic cristal, atunci va începe cristalizarea pe el și poate fi crescut un singur cristal mare. forma corecta... Pentru aceasta, este necesar ca condițiile de creștere a cristalului să fie aceleași pe toate suprafețele sale, ceea ce se poate realiza prin rotirea sămânței în soluție. La creșterea monocristalelor mari de metale și semiconductori, sămânța este împinsă foarte încet din cuptorul de încălzire într-o direcție verticală, cu o rată de câțiva milimetri pe oră.

Conform legii, descoperită în 1783 de Rome de Lille, în toate cristalele din aceeași substanță, unghiurile dintre fețele corespunzătoare sunt egale. Deci, de exemplu, în cristalele de sare gemă (NaCl) toate unghiurile dintre fețe sunt de 90˚. Dacă o minge este tăiată dintr-un astfel de cristal și plasată într-o soluție saturată de sare gemă, atunci forma cubică a cristalului va tinde să-și revină. Motivul acestei restabiliri a formei cristalului este bun stare cunoscută stabilitatea echilibrului unui sistem termodinamic: condiția pentru minimul de energie potențială. Pentru cristale, această condiție este exprimată în principiul formulat de Gibbs, Curie și Wolfe: energia de suprafață ar trebui să fie minimă. Acest minim trebuie găsit cu condiția ca unghiurile dintre fețele cristalului să fie specificate.

Când un cristal este plasat într-o soluție saturată sau într-o topitură, se stabilește un echilibru dinamic între faza solidă și cea lichidă: atomii din faza solidă trec în faza lichidă, iar din lichid - în solid; dar depunerea din faza lichidă se desfășoară în așa fel încât să se formeze un sistem cu un minim de energie potențială, adică se formează o formă cristalină caracteristică unei substanțe date și toate perturbațiile anterioare ale acestei forme dispar, prin urmare bila în experimentul descris tinde să se transforme din nou într-o structură cubică sau într-o altă formă cristalină caracteristică.

Dacă condițiile de creștere a unui cristal nu sunt aceleași în diferite puncte ale suprafeței sale, atunci forma cristalului în creștere poate diferi de forma caracteristică, deși unghiurile dintre fețele principale rămân aceleași ca și în cazul cristalului. forma corecta.

Sa punem vas de sticlă cu apă rece pe arzator si vom observa. În curând fundul și pereții vasului vor fi acoperiți cu bule; originea lor a fost menționată în § 260. Aceste bule, după cum știm, conțin aer și vapori de apă. Bulele apar în acele locuri ale pereților vasului unde nu există umezire completă. Astfel de locuri pot fi urme de grăsime pe perete sau mici crăpături pe acesta.

Observând o bulă la o temperatură constantă, vedem că își păstrează dimensiunea; aceasta înseamnă că presiunile din interior și din exterior pe suprafața sa sunt echilibrate reciproc. Deoarece există aer în interiorul bulei, a cărui cantitate trebuie considerată constantă, acest echilibru este stabil. Într-adevăr, dacă din anumite motive aleatorii bula s-ar extinde, atunci presiunea aerului din ea, conform legii Boyle - Mariotte, ar scădea și presiunea externă, care rămâne aproape neschimbată, ar reduce din nou bula. Raționând în același mod, este ușor de aflat de ce o bulă mai mică accidental se va extinde imediat din nou la volumul anterior. Pe măsură ce temperatura crește, bula se extinde treptat, astfel încât suma presiunii aerului și vaporilor din ea rămâne egală cu presiunea exterioară. Totuși, atunci când bula devine suficient de mare, forța de flotabilitate a apei o va face să se desprindă, la fel cum se desprinde o picătură prea grea de apă care atârnă pe acoperiș (Fig. 372). În acest caz, între bulă și peretele vasului se formează o punte de aer din ce în ce mai îngustată (Fig. 483) și, în final, bula se rupe, fără a lăsa un numar mare de aer din care se va dezvolta o nouă bulă în timp.

Orez. 483. Bulele de gaz lipite de fundul unui vas cu lichid și bule de gaz care se desprind

Ridicându-se în sus, bulele detașate scad din nou în dimensiune. De ce se întâmplă asta? Aceste bule conțin vapori de apă și puțin aer. Când bula ajunge în straturile superioare de apă care nu au avut încă timp să se încălzească, o parte semnificativă a vaporilor de apă se condensează în apă și bula scade. Această creștere și scădere alternativă a bulelor este însoțită de sunete: apa clocotită „face zgomot”. În cele din urmă, toată apa este încălzită suficient. Apoi bulele în creștere nu mai scad în dimensiune și izbucnesc la suprafață, ejectând abur în spațiul cosmic. „Zgomotul” se oprește și începe „gâlgâitul” - spunem că apa a fiert. Un termometru pus la abur peste apa clocotita, in timp ce apa fierbe, arata aceeasi temperatura, cca.

Evident, în timpul fierberii, presiunea vaporilor formată în interiorul bulelor de la fundul vasului este de așa natură încât bulele se pot dilata, depășind presiunea atmosferică care acționează pe suprafața liberă a apei, precum și presiunea coloanei de apă. Ajungem la concluzia că fierberea are loc la o temperatură la care presiunea vaporilor saturați a lichidului este egală cu presiunea exterioară. Temperatura vaporilor unui lichid de fierbere se numește punct de fierbere.

Din raționamentul de mai sus reiese clar că punctul de fierbere ar trebui să depindă de presiunea externă. Acest lucru poate fi observat cu ușurință. Să punem un pahar cu apa calda sub clopotul pompei de aer. Pompând aerul, putem face apa să fiarbă la o temperatură mult mai scăzută (Fig. 484). Dimpotrivă, odată cu creșterea presiunii externe, punctul de fierbere crește. Deci, în cazanele motoarelor cu abur, apa este încălzită sub o presiune de mai multe atmosfere. Punctul de fierbere este semnificativ mai mare. La o presiune de aproximativ 15 atm, punctul de fierbere al apei este aproape de. Când se vorbește despre punctul de fierbere al unui lichid fără a indica presiunea, se referă întotdeauna la punctul de fierbere la presiune normală .

Orez. 484. Când se pompează aer de sub clopot, apa, care are o temperatură mult mai scăzută, fierbe

Dependența punctului de fierbere de presiune ne oferă Metoda noua măsurători ale presiunii atmosferice. Măsurând punctul de fierbere al apei, puteți aprecia presiunea atmosferică din tabelele de presiune a aburului la diferite temperaturi. Dacă, de exemplu, fiind la munte, am stabilit că punctul de fierbere al apei este de aproximativ, atunci din aceasta putem concluziona (Tabelul 18) că presiunea aerului este. Termometrele special adaptate pentru astfel de măsurători se numesc termometre din gips. Sunt proiectate astfel încât să permită citirea temperaturii cu mare precizie (Fig. 485).

Orez. 485. Hipsotermometru

Punctele de fierbere ale diferitelor lichide (la presiune normală) variază foarte mult între ele. Acest lucru se poate vedea din tabel. 19.

Tabelul 19. Punctele de fierbere ale unor lichide la

Lichid	Temperatura de fierbere	Lichid	Temperatura de fierbere
Heliu lichid	-269	Alcool	78
>> hidrogen	-253	Apă	100
>> oxigen	-183	Mercur	357
>> azot	-196	Zinc topit	906
Clor	-34	Fier topit	2880
Eter	-35

Diferența de puncte de fierbere a diferitelor substanțe este utilizată pe scară largă în tehnologie, de exemplu, în separarea produselor petroliere. Când uleiul este încălzit, se evaporă în primul rând părțile cele mai valoroase, volatile (benzina), care pot fi astfel separate de reziduurile „grele” (uleiuri, păcură).

Diferența de puncte de fierbere a substanțelor se datorează diferenței de presiune a vaporilor la aceeași temperatură. Am văzut că vaporii de eter deja la temperatura camerei au o presiune care depășește jumătate din presiunea atmosferică. Prin urmare, pentru ca presiunea de vapori a eterului să ajungă la nivelul atmosferic, este necesară o ușoară creștere a temperaturii (până la). Situația este diferită, de exemplu, cu mercurul, care are o presiune absolut neglijabilă la temperatura camerei. Presiunea de vapori a mercurului devine egală cu cea atmosferică numai cu o creștere semnificativă a temperaturii (până la).

294.1. Unde este apa clocotită mai fierbinte: la nivelul mării, pe un munte sau într-o mină adâncă?

294.2. Pentru unii Procese de producție v Industria alimentară(de exemplu, pentru fierberea sfeclei) este necesară o temperatură mai mare a apei. Prin ce mijloace se poate realiza acest lucru?

294.3. Folosind masa. 18, determinați cea mai mare temperatură pe care o poate avea apa sub presiune și.

294.4. În fig. 486 descrie o autoclavă (un dispozitiv folosit în industriile chimice pentru procese care necesită o temperatură mai mare decât punctul de fierbere al lichidului din ea). Acesta este un cazan durabil, cu un manometru 1, închis ermetic cu un capac, astfel încât aburul să poată ieși din acesta numai prin supapa de siguranță 2. La ce temperatură va atinge apa din acesta când centrala este încălzită, dacă zona de bază a supapei este egală și distanța de la suportul 3 la supapa 2 este de 6,5 cm, iar până la o greutate de 4-18 cm? Greutatea greutății este de 1 kg. Masa tijei este neglijabilă.

Figura 486. A exercita 294.4

294.5. Încercați să fierbeți apă într-un tub îngust care este plin până la refuz, încălzind-o până la fund. De ce, în acest caz, bulele ejectează apă din eprubetă?

Notă. Ceva de acest gen are loc la o scară enormă în natură în așa-numitele gheizere (în URSS în Kamchatka, precum și într-un număr de alte țări, de exemplu, în Islanda). Gheizerul este o fântână care funcționează periodic, care aruncă afară apa fierbinte dintr-un orificiu vertical îngust din pământ (Fig. 487). Aburul este generat la o adâncime de câteva zeci de metri. Presiunea la o asemenea adâncime a rezervorului poate ajunge la mai multe atmosfere, iar apa poate fi încălzită mult mai mult. Când se formează bule de abur dedesubt, o parte din apă curge, presiunea scade și vaporizarea supraîncălzirii. apa merge cu atâta intensitate încât apa rămasă este aruncată la o înălțime mare.

Orez. 487. Gheizer

294.6. Fierbe apa într-un balon cu fund rotund și capac. Întoarceți balonul. Daca acum puneti putina zapada pe fundul balonului sau turnati peste el apa rece, atunci apa din balon va fierbe. Explicați fenomenul.

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

Proces

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

1. În prima etapă, în partea de jos a recipientului încălzit se formează bule mici. Ele pot fi văzute și pe laterale sau la suprafața apei. Ele se formează din cauza expansiunii bulelor de aer, care sunt întotdeauna prezente în crăpăturile recipientului în care apa este încălzită.
2. În a doua etapă, volumul bulelor crește. Toate încep să se rupă la suprafață, deoarece conțin abur saturat, care este mai ușor decât apa. Odată cu creșterea temperaturii de încălzire, presiunea bulelor crește, iar acestea sunt împinse la suprafață datorită forței cunoscute a lui Arhimede. În același timp, puteți auzi sunetul caracteristic de fierbere, care se formează datorită expansiunii constante și scăderii dimensiunii bulelor.
3. În a treia etapă, un număr mare de bule poate fi văzut la suprafață. Acest lucru creează inițial o apă tulbure. Acest proces este denumit popular „fierberea cu o cheie albă” și durează o perioadă scurtă de timp.
4. La a patra etapă, apa fierbe intens, la suprafață apar bule mari de spargere și pot apărea stropi. Cel mai adesea, stropirea înseamnă că lichidul s-a încălzit până la temperatura maxima... Aburii vor începe să iasă din apă.

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

Temperatura aburului

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

La începutul fierberii, se formează abur umed saturat, care, după evaporarea întregului lichid, devine uscat. Dacă temperatura sa începe să depășească temperatura apei, atunci un astfel de abur este supraîncălzit și, prin caracteristicile sale, va fi mai aproape de gaz.

Apa sarata in clocot

Este destul de interesant de știut la ce temperatură fierbe apa cu un conținut ridicat de sare. Se știe că ar trebui să fie mai mare datorită conținutului de ioni Na + și Cl- din compoziție, care ocupă o regiune între moleculele de apă. Acesta este modul în care compoziția chimică a apei cu sare diferă de lichidul proaspăt obișnuit.

Faptul este că în apa sărată are loc o reacție de hidratare - procesul de atașare a moleculelor de apă la ionii de sare. Legătura dintre moleculele de apă dulce este mai slabă decât cele formate în timpul hidratării, astfel încât fierberea unui lichid cu sare dizolvată va dura mai mult. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele din apa care conține sare se mișcă mai repede, dar sunt mai puține, ceea ce face ca ciocnirile între ele să fie mai puțin frecvente. Ca urmare, se generează mai puțin abur și, prin urmare, presiunea acestuia este mai mică decât presiunea aburului apei proaspete. În consecință, este necesară mai multă energie (temperatură) pentru generarea completă a aburului. În medie, pentru a fierbe un litru de apă care conține 60 de grame de sare, este necesară creșterea gradului de fierbere al apei cu 10% (adică cu 10 C).

Presiunea de fierbere versus presiune

Se știe că la munte, indiferent de compoziție chimică punctul de fierbere al apei va fi mai mic. Acest lucru se datorează faptului că presiunea atmosferică este mai mică la altitudine. Presiunea cu o valoare de 101,325 kPa este considerată normală. Cu el, punctul de fierbere al apei este de 100 de grade Celsius. Dar dacă urcăm pe munte, unde presiunea este în medie de 40 kPa, atunci apa va fierbe acolo la 75,88 C. Dar asta nu înseamnă că gătitul la munte va trebui să petreacă aproape jumătate din timp. Pentru tratament termic produsele au nevoie de o anumită temperatură.

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

Rețineți că această lege funcționează și în direcția opusă. Dacă puneți un lichid într-un balon închis prin care aburul nu poate trece, atunci odată cu creșterea temperaturii și formarea aburului, presiunea în acest balon va crește și fierbe la tensiune arterială crescută va avea loc la o temperatură mai ridicată. De exemplu, la o presiune de 490,3 kPa, punctul de fierbere al apei va fi de 151 C.

Fierbe apă distilată

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

În ceainic

Adesea oamenii sunt interesați de temperatura la care fierbe apa într-un ibric, deoarece aceste dispozitive sunt pe care le folosesc pentru a fierbe lichidul. Ținând cont de faptul că presiunea atmosferică din apartament este egală cu cea standard, iar apa folosită nu conține săruri și alte impurități care nu ar trebui să fie acolo, atunci și punctul de fierbere va fi standard - 100 de grade. Dar dacă apa conține sare, atunci punctul de fierbere, așa cum știm deja, va fi mai mare.

Concluzie

Acum știți la ce temperatură fierbe apa și cum presiunea atmosferică și compoziția fluidului afectează acest proces. Nu este nimic dificil în asta, iar copiii primesc astfel de informații la școală. Principalul lucru este să ne amintim că, odată cu scăderea presiunii, scade și punctul de fierbere al lichidului, iar odată cu creșterea acestuia, crește și el.

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