Всеки знае, че точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане (около 760 mm Hg) е 100 ° C. Но не всеки знае, че водата може да заври, когато различни температури... Точката на кипене зависи от редица фактори. Ако се задействат определени условия, водата може да заври при + 70 ° С, и при +130 ° С, и дори при 300 ° С! Нека разгледаме причините по-подробно.
Какво определя точката на кипене на водата?
Врянето на вода в контейнер става по определен механизъм. В процеса на нагряване на течността по стените на съда, в който се излива, се появяват въздушни мехурчета. Във всеки мехур има пара. Температурата на парата в мехурчетата първоначално е много по-висока от нагрятата вода. Но налягането му през този период е по-високо, отколкото вътре в мехурчетата. Докато водата се затопли, парата в мехурчетата се компресира. След това, под въздействието на външно налягане, мехурчетата се спукват. Процесът продължава, докато температурите на течността и парата в мехурчетата се изравнят. Точно сега топките с пара могат да се издигнат на повърхността. Водата започва да кипи. Освен това процесът на нагряване се прекратява, тъй като излишната топлина се отстранява с пара навън в атмосферата. Това е термодинамично равновесие. Нека си спомним физиката: налягането на водата се състои от теглото на самата течност и налягането на въздуха над съда с вода. По този начин, чрез промяна на един от двата параметъра (налягането на течността в съда и налягането на атмосферата), е възможно да се промени точката на кипене.
Каква е точката на кипене на водата в планината?
В планините температурата на кипене на течността постепенно спада. Това се дължи на факта, че Атмосферно наляганепри изкачване на планината тя постепенно намалява. За да заври водата, налягането в мехурчетата, които се появяват при нагряването на водата, трябва да е равно на атмосферното налягане. Следователно, с увеличаване на надморската височина в планините на всеки 300 m, точката на кипене на водата намалява с приблизително един градус. Такава вряща вода не е толкова гореща, колкото вряща течност в равна зона. Приготвянето на чай на голяма надморска височина е трудно, а понякога и невъзможно. Зависимостта на кипенето на водата от налягането изглежда така:
Височина над морското равнище | ||||||||
Точка на кипене |
А при други условия?
Каква е точката на кипене на водата във вакуум? Вакуумът е разредена среда, в която налягането е много по-ниско от атмосферното. Точката на кипене на водата в разредена среда също зависи от остатъчното налягане. При налягане във вакуум от 0,001 атм. течността ще заври при 6,7 ° C. Обикновено остатъчното налягане е около 0,004 атм., Следователно при това налягане водата кипи при 30 ° C. С увеличаване на налягането в разредена среда, точката на кипене на течността ще се повиши.
Защо водата в херметически затворен съд кипи при по-висока температура?
В херметично затворен съдточката на кипене на течността е свързана с налягането вътре в контейнера. По време на процеса на нагряване се отделя пара, която се отлага чрез кондензат върху капака и стените на съда. По този начин налягането вътре в съда се увеличава. Например, в тенджера под налягане налягането достига 1,04 атм., така че течността кипи в нея при 120 ° C. Обикновено в такива контейнери налягането може да се контролира с помощта на вградени клапани, следователно и температурата.
Кипенето е процес на промяна на агрегатното състояние на дадено вещество. Когато говорим за вода, имаме предвид промяна от течно състояние в състояние на пара. Важно е да се отбележи, че кипенето не е изпаряване, което може да се случи дори когато стайна температура... Също така, да не се бърка с кипене, което е процес на нагряване на водата до определена температура. След като разбрахме понятията, можем да определим при каква температура кипи водата.
процес
Самият процес на превръщане на агрегатното състояние от течно в газообразно е сложен. И въпреки че хората не го виждат, има 4 етапа:
- На първия етап на дъното на загрятия съд се образуват малки мехурчета. Могат да се видят и отстрани или на повърхността на водата. Те се образуват поради разширяването на въздушните мехурчета, които винаги присъстват в пукнатините в съда, където се нагрява водата.
- На втория етап обемът на мехурчетата се увеличава. Всички те започват да се разкъсват на повърхността, тъй като съдържат наситена пара, която е по-лека от водата. С повишаване на температурата на нагряване налягането на мехурчетата се увеличава и те се изтласкват на повърхността поради известната сила на Архимед. В същото време можете да чуете характерния звук на кипене, който се образува поради постоянното разширяване и намаляване на размера на мехурчетата.
- На третия етап се вижда на повърхността голям броймехурчета. Това първоначално създава мътна вода. Този процес се нарича популярно "варене с бял ключ" и продължава за кратък период от време.
- На четвъртия етап водата кипи интензивно, на повърхността се появяват големи спукани мехурчета и могат да се появят пръски. Най-често пръскането означава, че течността се е загряла до максимална температура... Парата ще започне да излиза от водата.
Известно е, че водата кипи при температура от 100 градуса, което е възможно само на четвъртия етап.
Температура на парата
Парата е едно от състоянията на водата. Когато попадне във въздуха, той, подобно на другите газове, оказва определен натиск върху него. По време на изпаряване, температурите на парата и водата остават постоянни, докато цялата течност промени своята агрегатно състояние... Това явление може да се обясни с факта, че по време на кипене цялата енергия се изразходва за превръщане на водата в пара.
В самото начало на кипенето се образува влажна наситена пара, която след изпаряване на цялата течност става суха. Ако температурата му започне да надвишава температурата на водата, тогава такава пара се прегрява и по своите характеристики ще бъде по-близо до газа.
Кипяща солена вода
Достатъчно интересно е да се знае при каква температура кипи вода с високо съдържание на сол. Известно е, че тя трябва да е по-висока поради съдържанието на Na + и Cl- йони в състава, които заемат област между водните молекули. Ето как химическият състав на водата със сол се различава от обикновената прясна течност.
Факт е, че в солената вода протича реакция на хидратация - процесът на прикрепване на водни молекули към солните йони. Комуникация между молекули прясна водапо-слаби от образуваните при хидратация, така че кипенето на течността с разтворената сол ще отнеме повече време. С повишаване на температурата молекулите във водата, съдържаща сол, се движат по-бързо, но има по-малко от тях, което прави сблъсъците между тях по-редки. В резултат на това се генерира по-малко пара и следователно нейното налягане е по-ниско от налягането на парата на прясната вода. Следователно за пълно генериране на пара е необходима повече енергия (температура). Средно, за да заври един литър вода, съдържаща 60 грама сол, е необходимо да се повиши степента на кипене на водата с 10% (тоест с 10 C).
Налягане на кипене спрямо налягане
Известно е, че в планината, независимо от химичен съставточката на кипене на водата ще бъде по-ниска. Това се дължи на факта, че атмосферното налягане е по-ниско на височина. Налягане със стойност от 101,325 kPa се счита за нормално. При него точката на кипене на водата е 100 градуса по Целзий. Но ако се изкачите в планината, където налягането е средно 40 kPa, тогава водата ще заври там при 75,88 C. Но това не означава, че готвенето в планината ще трябва да прекара почти половината от времето. За термична обработка на продуктите е необходима определена температура.
Смята се, че на височина от 500 метра над морското равнище водата ще кипи при 98,3 C, а на височина от 3000 метра температурата на кипене ще бъде 90 C.
Имайте предвид, че този закон е валиден и в обратна посока... Ако поставите течност в затворена колба, през която парата не може да премине, тогава с повишаване на температурата и образуване на пара налягането в тази колба ще се увеличи и кипи при високо кръвно наляганеще се случи при по-висока температура. Например, при налягане от 490,3 kPa, точката на кипене на водата ще бъде 151 C.
Вряща дестилирана вода
Дестилираната вода е пречистена вода без никакви примеси. Често се използва за медицински или технически цели. Като се има предвид, че в такава вода няма примеси, тя не се използва за готвене. Интересно е да се отбележи, че дестилираната вода кипи по-бързо от обикновената прясна вода, но точката на кипене остава същата – 100 градуса. Разликата във времето на кипене обаче ще бъде минимална - само част от секундата.
В чайника
Често хората се интересуват от температурата, при която водата кипи в чайник, тъй като именно тези устройства използват за кипене на течност. Като се има предвид факта, че атмосферното налягане в апартамента е равно на стандартното, а използваната вода не съдържа соли и други примеси, които не трябва да има, тогава точката на кипене също ще бъде стандартна - 100 градуса. Но ако водата съдържа сол, тогава температурата на кипене, както вече знаем, ще бъде по-висока.
Заключение
Сега знаете при каква температура кипи водата и как атмосферното налягане и съставът на течността влияят на този процес. В това няма нищо трудно и децата получават такава информация в училище. Основното нещо е да запомните, че с намаляване на налягането точката на кипене на течността също намалява, а с увеличаването й също се увеличава.
В интернет можете да намерите много различни маси, където е посочена зависимостта на точката на кипене на течността от атмосферното налягане. Те са достъпни за всички и се използват активно от ученици, студенти и дори учители в институти.
За приготвяне на различни вкусна храна, често е необходима вода и ако се нагрее, рано или късно ще заври. В същото време всеки образован човек знае, че водата започва да кипи при температура от сто градуса по Целзий и при по-нататъшно нагряване температурата й не се променя. Именно това свойство на водата се използва при готвене. Не всеки обаче знае, че това не винаги е така. Водата може да заври, когато различни температурив зависимост от условията, в които се намира. Нека се опитаме да разберем от какво зависи точката на кипене на водата и как трябва да се използва.
При нагряване температурата на водата се доближава до точката на кипене и в целия обем се образуват множество мехурчета, вътре в които се намира водна пара. Плътността на парите е по-малка от плътността на водата, така че силата на Архимед, действаща върху мехурчетата, ги издига на повърхността. В този случай обемът на мехурчетата се увеличава или намалява, така че врящата вода издава характерни звуци. Достигайки до повърхността, мехурчетата с водна пара се спукват, поради което врящата вода бълбука интензивно, отделяйки водна пара.
Точката на кипене зависи изрично от налягането, упражнявано върху повърхността на водата, което се обяснява със зависимостта на налягането на наситените пари в мехурчетата от температурата. В този случай количеството пара вътре в мехурчетата, а с това и техният обем, се увеличава, докато налягането на наситената пара надвиши налягането на водата. Това налягане е сумата от хидростатичното налягане на водата поради гравитационното привличане към Земята и външното атмосферно налягане. Следователно точката на кипене на водата се увеличава с повишаване на атмосферното налягане и намалява с намаляване. Само в случай на нормално атмосферно налягане от 760 mm Hg. (1 атм.) Водата кипи при 100 0 C. Графиката на зависимостта на точката на кипене на водата от атмосферното налягане е представена по-долу:
От графиката се вижда, че ако атмосферното налягане се увеличи до 1,45 атм, тогава водата ще кипи вече при 110 0 С. При налягане на въздуха от 2,0 атм. водата ще заври при 120 0 С и т.н. Повишаването на точката на кипене на водата може да се използва за ускоряване и подобряване на процеса на готвене на горещи храни. За това са изобретени тенджери под налягане - тигани със специален херметически затворен капак, оборудвани със специални клапани за регулиране на температурата на кипене. Поради херметичността налягането в тях се повишава до 2-3 атм., което осигурява точката на кипене на водата 120-130 0 С. голям натиски висока температура... Затова трябва да бъдете възможно най-внимателни, за да не се изгорите.
Обратният ефект се наблюдава при понижаване на атмосферното налягане. В този случай точката на кипене също намалява, което се случва с увеличаване на надморската височина над морското равнище:
Средно при издигане от 300 m точката на кипене на водата намалява с 1 0 C и пада доста високо в планините до 80 0 C, което може да доведе до известни затруднения при готвене.
Ако налягането се намали допълнително, например чрез изпомпване на въздух от съд с вода, тогава при налягане на въздуха от 0,03 атм. водата ще заври при стайна температура и това е доста необичайно, тъй като обичайната точка на кипене на водата е 100 0 C.
Кипене- Това е интензивен преход на течност в пара, който протича с образуването на парни мехурчета в целия обем на течността при определена температура.
По време на кипене температурата на течността и парата над нея не се променя. Остава непроменен, докато цялата течност не изпари. Това е така, защото цялата енергия, подадена на течността, се изразходва за превръщането й в пара.
Температурата, при която течността кипи, се нарича точка на кипене.
Точката на кипене зависи от налягането, упражнявано върху свободната повърхност на течността. Това се дължи на зависимостта на налягането на наситените пари от температурата. Парният мехур расте, докато налягането на наситената пара вътре в него е малко по-високо от налягането в течността, което е сумата от външното налягане и хидростатичното налягане на течния стълб.
Колкото повече външно налягане, колкото повече температура на кипене.
Всеки знае, че водата кипи при температура от 100 ºC. Но не бива да забравяме, че това е вярно само при нормално атмосферно налягане (около 101 kPa). С увеличаване на налягането точката на кипене на водата се увеличава. Например в тенджерите под налягане храната се готви под налягане от около 200 kPa. В същото време температурата на кипене на водата достига 120 ° С. Във вода с тази температура процесът на готвене протича много по-бързо, отколкото в обикновена вряща вода. Това обяснява името "тенджера под налягане".
Обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Например, в планинските райони (на надморска височина от 3 км, където налягането е 70 kPa), водата кипи при температура от 90 ° C. Следователно, жителите на тези райони, използващи такава вряща вода, изискват значително повече време за приготвяне на храна, отколкото жителите на равнините. И варенето в тази вряща вода, например, пилешко яйце по принцип е невъзможно, тъй като при температури под 100 ° C протеинът не се подсирва.
Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на съответната течност, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното. Например, при температура на кипене от 100 ° C, налягането наситени париводата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а парата е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при 357 ° C при нормално налягане.
Топлина на изпаряване.
Топлина на изпаряване (топлина на изпаряване)- количеството топлина, което трябва да бъде предадено на веществото (при постоянно налягане и постоянна температура) за пълното превръщане на течно вещество в пара.
Количеството топлина, необходимо за изпаряване (или отделяно по време на кондензация). За изчисляване на количеството топлина Внеобходими за превръщането в пара на течност с всякаква маса, взета при точката на кипене, ви е необходима специфична топлинаизпаряване rум-нож на земята м:
Когато парата се кондензира, се отделя същото количество топлина.
Ако ви попитат при каква температура кипи водата, най-вероятно ще отговорите, че при 100 ° C. И вашият отговор ще бъде верен, но тази стойност е вярна само при нормално атмосферно налягане - 760 mm Hg. Изкуство. Всъщност водата може да кипи както при 80 ° C, така и при 130 ° C. За да се обясни причината за такива несъответствия, на първо място е необходимо да се разбере какво е кипене.
За да разберете колко градуса са необходими, за да заври водата, изучаването на механизма на това ще помогне физическо явление... Кипенето е процес на превръщане на течност в пара и протича на няколко етапа:
- При нагряване на течността от микропукнатините по стените на съда излизат мехурчета с въздух и водна пара.
- Мехурчетата се разширяват леко, но течността в съда е толкова студена, че кара парата да кондензира в мехурчетата.
- Мехурчетата започват да се пукат, докато цялата дебелина на течността е достатъчно гореща.
- След известно време налягането на водата и парата в мехурчетата става равно. По време на този етап отделни мехурчета могат да се издигнат на повърхността и да отделят пара.
- Мехурчетата започват да се издигат интензивно, започва кипене с характерен звук. Започвайки от този етап, температурата в съда не се променя.
- Процесът на кипене ще продължи, докато цялата течност се превърне в газообразно състояние.
Температура на парата
Температурата на парата при кипене на вода е същата като тази на самата вода. Тази стойност няма да се промени, докато цялата течност в съда не се изпари. При кипене се получава мокра пара. Той е наситен с течни частици, равномерно разпределени в целия обем на газа. Освен това силно диспергираните течни частици се кондензират и наситената пара се превръща в суха.
Има и прегрята пара, която е много по-гореща от врящата вода. Но може да се получи само с помощта на специално оборудване.
Влияние на налягането
Вече установихме, че за да кипи течност, е необходимо да се изравни налягането на течната субстанция и пара. Тъй като налягането на водата е сумата от атмосферното налягане и налягането на самата течност, има два начина за промяна на времето на кипене:
- промени в атмосферното налягане;
- промяна в налягането в самия съд.
Първият случай можем да наблюдаваме в териториите, разположени на различни височининад морското равнище. По бреговете температурата на кипене ще бъде 100 ° C, а на върха на Еверест - само 68 ° C. Изследователите са изчислили, че на всеки 300 метра температурата на точката на кипене на водата пада с 1°C, докато се изкачвате в планините.
Тези стойности могат да варират в зависимост от химичния състав на водата и наличието на примеси (соли, метални йони, разтворими газове).
За получаване на вряща вода най-често се използват чайници. Точката на кипене на водата в чайника също зависи от района на пребиваване. Жителите високопланински районипрепоръчва се използването на автоклави и тенджери под налягане, които спомагат за по-гореща вряща вода и ускоряват процеса на готвене.
Кипяща солена вода
Фактът на колко градуса кипи водата определя наличието на примеси в нея. Като част от морска водаприсъстват натриеви и хлорни йони. Те се намират между молекулите H2O и ги привличат. Този процес е известен като хидратация.
Връзката между водата и солните йони е много по-силна, отколкото между водните молекули. Отнема повече енергия, за да сварите солена вода, за да разрушите тези връзки. Тази енергия е температура.
Освен това солената течност се различава от прясната с ниската концентрация на H2O молекули. В този случай при нагряване те започват да се движат по-бързо, но не могат да образуват достатъчно голям парен мехур, тъй като се сблъскват по-рядко. Натискът на малките мехурчета не е достатъчен, за да излязат на повърхността.
За да изравните водата и атмосферното налягане, увеличете температурата. Следователно, солената вода отнема много повече време за кипене от прясната вода, а точката на кипене ще зависи от концентрацията на солта. Известно е, че когато към 1 литър течност се добавят 60 g NaCl, точката на кипене се повишава с 10 ° C.
Как да промените точката на кипене
Във високопланинските райони е много трудно да се приготви храна и отнема твърде много време. Причината е недостатъчно гореща вряща вода. На много голяма надморска височинапочти невъзможно е да се свари яйце, да не говорим за готвене на месо, което се нуждае от добра термична обработка.
Промяната на температурата, при която течността кипи, е важна за жителите не само в планинските райони.
За стерилизиране на храни и оборудване е желателно да се използва температура по-висока от 100°C, тъй като някои микроорганизми са топлоустойчиви.
Това важна информацияне само за домакини, но и за специалисти, работещи в лаборатории. Също така, увеличаването на точката на кипене може значително да спести време, прекарано за готвене, което е важно в наше време.
За да увеличите тази цифра, трябва да използвате плътно прилепващ контейнер. Най-подходящи за това са тенджерите под налягане, при които капакът не позволява на парата да преминава, увеличавайки налягането вътре в съда. При нагряване се отделя пара, но тъй като не може да излезе навън, тя кондензира от вътрешната страна на капака. Това води до значително увеличение на вътрешно налягане... В автоклавите налягането е 1–2 атмосфери, така че течността в тях кипи при температура 120–130 ° C.
Максималната точка на кипене на водата все още не е известна, тъй като тази цифра може да се увеличи, докато се повишава атмосферното налягане. Известно е, че в парните турбини водата не може да заври дори при 400 ° C и налягане от няколко десетки атмосфери. Същите данни бяха получени на големи дълбочиниокеан.
Вряща вода при понижено налягане: Видео