बाहरी दबाव में परिवर्तन के साथ पानी का क्वथनांक। पानी का उबलना क्या निर्धारित करता है

उबलते समय, तरल तीव्रता से वाष्प में बदलना शुरू कर देता है, इसमें वाष्प के बुलबुले बनते हैं, सतह पर बढ़ते हैं। गर्म होने पर, पहले भाप केवल तरल की सतह पर दिखाई देती है, फिर यह प्रक्रिया पूरे आयतन में शुरू होती है। डिश के नीचे और दीवारों पर छोटे-छोटे बुलबुले दिखाई देते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, बुलबुले के अंदर दबाव बढ़ता है, वे बढ़ते हैं और ऊपर की ओर बढ़ते हैं।

जब तापमान तथाकथित क्वथनांक तक पहुंच जाता है, तो बुलबुले हिंसक रूप से बनने लगते हैं, उनमें से बहुत सारे होते हैं, तरल उबलता है। भाप बनती है, जिसका तापमान तब तक स्थिर रहता है जब तक कि सारा पानी मौजूद न हो जाए। यदि सामान्य परिस्थितियों में वाष्पीकरण होता है, तो 100 एमपीए के मानक दबाव पर इसका तापमान 100 डिग्री सेल्सियस होता है। यदि दबाव कृत्रिम रूप से बढ़ाया जाता है, तो अत्यधिक गरम भाप का उत्पादन किया जा सकता है। वैज्ञानिकों ने जल वाष्प को 1227 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म करने में कामयाबी हासिल की, आगे हीटिंग के साथ, आयनों का पृथक्करण वाष्प को प्लाज्मा में बदल देता है।

किसी दिए गए संघटन और स्थिर दबाव पर, किसी भी तरल का क्वथनांक स्थिर होता है। पाठ्यपुस्तकों और मैनुअल में, आप विभिन्न तरल पदार्थों और यहां तक ​​कि धातुओं के क्वथनांक को दर्शाने वाली तालिकाएँ देख सकते हैं। उदाहरण के लिए, पानी 100 डिग्री सेल्सियस, 78.3 डिग्री सेल्सियस, ईथर 34.6 डिग्री सेल्सियस, सोना 2600 डिग्री सेल्सियस और चांदी 1950 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। यह डेटा 100 एमपीए के मानक दबाव के लिए है और इसकी गणना समुद्र तल पर की जाती है।

क्वथनांक कैसे बदलें

यदि दबाव कम हो जाता है, तो क्वथनांक कम हो जाता है, भले ही संरचना समान रहे। इसका मतलब है कि अगर आप 4000 मीटर ऊंचे पहाड़ पर पानी के बर्तन के साथ चढ़कर आग लगाते हैं, तो पानी 85 डिग्री सेल्सियस पर उबल जाएगा, जिसके लिए नीचे की तुलना में बहुत कम जलाऊ लकड़ी की आवश्यकता होगी।

गृहिणियों को प्रेशर कुकर से तुलना करने में दिलचस्पी होगी, जिसमें कृत्रिम रूप से दबाव बढ़ाया जाता है। पानी का क्वथनांक भी बढ़ जाता है, जिससे खाना ज्यादा तेजी से पकता है। आधुनिक प्रेशर कुकर आपको क्वथनांक को 115 से 130 ° C और अधिक तक आसानी से बदलने की अनुमति देते हैं।

पानी के क्वथनांक का एक और रहस्य इसकी संरचना है। कठोर जल, जिसमें विभिन्न लवण, अधिक समय तक उबलता है और गर्म करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अगर आप एक लीटर पानी में दो बड़े चम्मच नमक डालेंगे तो इसका क्वथनांक 10°C बढ़ जाएगा। चीनी के लिए भी यही कहा जा सकता है, 10% चाशनी 100.1 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर उबलता है।

बुनियादी कानूनों में से एक की खोज 1887 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ एफ.एम. राउल ने की थी। एक नियमितता जो कुछ को एकाग्रता के आधार पर निर्धारित करती है, लेकिन विलेय की प्रकृति, समाधान के गुणों पर नहीं।

फ्रेंकोइस मैरी राउली(1830 - 1901) - फ्रांसीसी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी, पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज के संबंधित सदस्य (1890)। 1867 से - ग्रेनोबल विश्वविद्यालय में (1870 से प्रोफेसर)। पीटर्सबर्ग एकेडमी ऑफ साइंसेज के संबंधित सदस्य (1899)।

किसी भी तरल चरण के ऊपर हमेशा एक ही पदार्थ से युक्त गैसीय की एक निश्चित (बाहरी स्थितियों के आधार पर) मात्रा होती है। अत: वायुमण्डल में जल के ऊपर सदैव जलवाष्प रहती है। इस वाष्प चरण की मात्रा कुल के बराबर आंशिक दबाव (गैस सांद्रता) द्वारा व्यक्त की जाती है, बशर्ते कि यह गैस कुल गैस की मात्रा पर कब्जा कर ले।

समाधान के भौतिक गुण (घुलनशीलता, हिमांक और क्वथनांक) मुख्य रूप से समाधान पर विलायक के संतृप्त वाष्प दबाव में परिवर्तन के कारण होते हैं। फ्रांकोइस राउल ने पाया कि घोल के ऊपर विलायक का संतृप्त वाष्प दाब हमेशा शुद्ध विलायक से कम होता है और निम्न अनुपात प्राप्त होता है:

p 0 शुद्ध विलायक के ऊपर विलायक का आंशिक वाष्प दाब है;

पी मैं समाधान पर विलायक वाष्प का आंशिक दबाव है;

n मैं विलेय का मोल अंश है।

इस प्रकार, समाधानों के भौतिक गुणों को निर्धारित करने वाले बुनियादी कानूनों में से एक को निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है:

संतृप्त भाप के दबाव में सापेक्ष कमीविलयन पर विलायक का मान विलेय के दाढ़ अंश के बराबर होता है।

यह सबसे महत्वपूर्ण नियम है जो तापमान परिवर्तन की व्याख्या करता है। चरण संक्रमणअपेक्षाकृत शुद्ध विलायक के समाधान के लिए।

1. हिमांक परिवर्तन

क्रिस्टलीकरण की स्थिति ठोस विलायक पर वाष्प दबाव के समाधान पर विलायक के संतृप्त वाष्प दबाव की समानता है। चूँकि घोल के ऊपर विलायक का वाष्प दाब हमेशा शुद्ध विलायक से कम होता है, यह समानता हमेशा विलायक के हिमांक से कम तापमान पर प्राप्त की जाएगी। तो, समुद्र का पानी -2 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर जमने लगता है।

विलायक T 0 fr के क्रिस्टलीकरण तापमान और समाधान T fr के क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के तापमान के बीच का अंतर क्रिस्टलीकरण तापमान में कमी है। तब हम राउल्ट के नियम से निम्नलिखित उपफल बना सकते हैं:

तनु विलयनों के क्रिस्टलीकरण तापमान को कम करना विलेय की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है और विलयन की दाढ़ सांद्रता के सीधे आनुपातिक होता है:

यहाँ: एम- समाधान की molality; प्रति- क्रायोस्कोपिक स्थिरांक, प्रत्येक विलायक के लिए स्थिर। पानी के लिए, K = 1.86 0, जिसका अर्थ है कि सभी एक-दाढ़ जलीय घोल - 1.86 0 C के तापमान पर जमने चाहिए।

चूंकि विलायक समाधान से क्रिस्टलीकृत होता है, बाद वाले की एकाग्रता बढ़ जाती है, समाधान में एक निश्चित हिमांक नहीं होता है और एक निश्चित तापमान सीमा में क्रिस्टलीकृत होता है।

1. क्वथनांक परिवर्तन

तरल उस तापमान पर उबलता है जिस पर कुल संतृप्त वाष्प दबाव बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है। यदि विलेय अवाष्पशील है (अर्थात उसके दाब से) संतृप्त वाष्पसमाधान के ऊपर की उपेक्षा की जा सकती है), तो समाधान पर कुल संतृप्त वाष्प दबाव विलायक के आंशिक वाष्प दबाव के बराबर होता है। इस मामले में, किसी भी तापमान पर समाधान पर संतृप्त वाष्प दबाव शुद्ध विलायक से कम होगा, और इसके बाहरी दबाव की समानता उच्च तापमान पर प्राप्त की जाएगी। इस प्रकार, एक गैर-वाष्पशील पदार्थ T b के घोल का क्वथनांक हमेशा एक ही दबाव T b पर शुद्ध विलायक के क्वथनांक से अधिक होता है। इसलिए राउल्ट के नियम का दूसरा परिणाम:

अवाष्पशील पदार्थों के तनु विलयनों के क्वथनांक में वृद्धि घुले हुए पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है और विलयन की दाढ़ सान्द्रता के समानुपाती होती है:

यहाँ: एम- समाधान की molality; इ- एबुलियोस्कोपिक स्थिरांक, प्रत्येक विलायक के लिए स्थिर। पानी के लिए, ई = 0.56 0, जिसका अर्थ है कि सभी एक-दाढ़ जलीय घोल को मानक दबाव पर 100.56 0 के तापमान पर उबालना शुरू कर देना चाहिए।

विभिन्न तैयार करने के लिए स्वादिष्ट खाना, पानी की अक्सर आवश्यकता होती है, और अगर इसे गर्म किया जाता है, तो देर-सबेर यह उबल जाएगा। साथ ही हर शिक्षित व्यक्ति जानता है कि सौ डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पानी उबलने लगता है और आगे गर्म करने पर उसका तापमान नहीं बदलता है। पानी का यह गुण खाना पकाने में उपयोग किया जाता है। हालांकि, हर कोई नहीं जानता कि यह हमेशा ऐसा नहीं होता है। पानी उबल सकता है जब अलग तापमानयह उन स्थितियों पर निर्भर करता है जिनमें यह स्थित है। आइए यह पता लगाने की कोशिश करें कि पानी का क्वथनांक किस पर निर्भर करता है, और इसका उपयोग कैसे किया जाना चाहिए।

गर्म होने पर, पानी का तापमान क्वथनांक के करीब पहुंच जाता है, और पूरे आयतन में कई बुलबुले बनते हैं, जिसके अंदर जल वाष्प स्थित होता है। वाष्प का घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है, इसलिए आर्किमिडीज बल बुलबुले पर कार्य करता है और उन्हें सतह पर उठाता है। इस मामले में, बुलबुले की मात्रा या तो बढ़ जाती है या घट जाती है, इसलिए उबलते पानी में विशिष्ट ध्वनियाँ निकलती हैं। सतह पर पहुंचकर, जल वाष्प के साथ बुलबुले फट जाते हैं, इस कारण से उबलता पानी तीव्रता से गड़गड़ाहट करता है, जल वाष्प छोड़ता है।

क्वथनांक स्पष्ट रूप से पानी की सतह पर लगाए गए दबाव पर निर्भर करता है, जिसे तापमान पर बुलबुले में संतृप्त वाष्प के दबाव की निर्भरता से समझाया जाता है। इस मामले में, बुलबुले के अंदर भाप की मात्रा और इसके साथ उनकी मात्रा तब तक बढ़ जाती है जब तक कि संतृप्त भाप का दबाव पानी के दबाव से अधिक न हो जाए। यह दबाव पानी के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग है, जो पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण के आकर्षण के कारण होता है, और बाहरी वायुमण्डलीय दबाव... इसलिए, वायुमंडलीय दबाव में वृद्धि के साथ पानी का क्वथनांक बढ़ता है और कमी के साथ घटता है। केवल 760 मिमी एचजी के सामान्य वायुमंडलीय दबाव के मामले में। (1 बजे।) पानी 100 0 सी पर उबलता है। वायुमंडलीय दबाव पर पानी के क्वथनांक की निर्भरता का ग्राफ नीचे प्रस्तुत किया गया है:

ग्राफ से देखा जा सकता है कि यदि वायुमंडलीय दबाव को बढ़ाकर 1.45 एटीएम कर दिया जाए, तो पानी पहले से ही 110 0 पर उबल जाएगा। 2.0 एटीएम के वायुदाब पर। पानी 120 0 वगैरह पर उबलने लगेगा। पानी के क्वथनांक को बढ़ाकर गर्म खाद्य पदार्थों के लिए खाना पकाने की प्रक्रिया में तेजी लाने और सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, प्रेशर कुकर का आविष्कार किया गया था - उबलते तापमान को नियंत्रित करने के लिए विशेष वाल्व से लैस एक विशेष भली भांति बंद करके सील किए गए ढक्कन के साथ पैन। जकड़न के कारण, उनमें दबाव 2-3 एटीएम तक बढ़ जाता है, जिससे पानी का क्वथनांक 120-130 0 तापमान सुनिश्चित हो जाता है। इसलिए, आपको यथासंभव सावधान रहने की आवश्यकता है ताकि जल न जाए।

वायुमंडलीय दबाव कम होने पर विपरीत प्रभाव देखा जाता है। इस मामले में, क्वथनांक भी कम हो जाता है, जो समुद्र तल से ऊंचाई में वृद्धि के साथ होता है:

औसतन, 300 मीटर की वृद्धि के साथ, पानी का क्वथनांक 1 0 सी कम हो जाता है और पहाड़ों में 80 0 सी तक गिर जाता है, जिससे खाना पकाने में कुछ कठिनाइयाँ हो सकती हैं।

यदि दबाव को और कम किया जाता है, उदाहरण के लिए, पानी के साथ एक बर्तन से हवा को बाहर निकालकर, तो हवा के दबाव में 0.03 एटीएम। पानी पहले ही उबल जाएगा कमरे का तापमान, और यह काफी असामान्य है, क्योंकि पानी का सामान्य क्वथनांक 100 0 C होता है।

उबालना तरल का वाष्प में एक तीव्र संक्रमण है, जो एक निश्चित तापमान पर तरल के पूरे आयतन में वाष्प के बुलबुले के गठन के साथ होता है।

उबलने के विपरीत, वाष्पीकरण एक बहुत धीमी प्रक्रिया है और किसी भी तापमान पर होता है, दबाव की परवाह किए बिना।

जब तरल पिंडों को गर्म किया जाता है, तो उनकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है, जबकि अणुओं की गति की गति बढ़ जाती है, उनकी गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है। कुछ अणुओं की गतिज ऊर्जा इतनी बढ़ जाती है कि यह अणुओं के बीच परस्पर क्रिया को दूर करने और तरल से बाहर निकलने के लिए पर्याप्त हो जाती है।

हमने इस घटना को अनुभव से देखा है। ऐसा करने के लिए, हमने एक खुले कांच के फ्लास्क में पानी गर्म किया, जिससे उसका तापमान मापा गया। हमने एक गिलास फ्लास्क में 100 मिलीलीटर पानी डाला, जिसे हमने बाद में एक धारक के पास सुरक्षित कर दिया और एक अल्कोहल लैंप पर रख दिया। प्रारंभिक पानी का तापमान 28 C था।

फ्लास्क में समय तापमान प्रक्रिया

2 मिनट 50° फ्लास्क की दीवारों पर कई छोटे-छोटे बुलबुले दिखाई देने लगे

दो मिनट। 45 सेकंड 62° बुलबुले बड़े होने लगे। वहां शोर हो रहा था

4 मिनट 84° बुलबुले बड़े हो जाते हैं और सतह पर आ जाते हैं।

6 मिनट 05 सेकंड 100 ° बुलबुले की मात्रा में तेजी से वृद्धि हुई है, वे सक्रिय रूप से सतह पर फट जाते हैं। पानी उबल रहा है।

तालिका संख्या 1

किए गए अवलोकनों के परिणामों के आधार पर, हम उबलने के चरणों को अलग कर सकते हैं।

उबलने के चरण:

तापमान बढ़ने पर तरल की सतह से वाष्पीकरण बढ़ता है। कभी-कभी कोहरा देखा जा सकता है (वाष्प स्वयं दिखाई नहीं दे रहा है)।

बर्तन के तल और दीवारों पर हवा के बुलबुले दिखाई देते हैं।

सबसे पहले, बर्तन गरम किया जाता है, और फिर नीचे और दीवारों पर तरल। चूंकि पानी में हवा हमेशा घुली रहती है, गर्म करने पर हवा के बुलबुले फैलते हैं और दिखाई देने लगते हैं।

हवा के बुलबुले बड़े होने लगते हैं, पूरे आयतन में दिखाई देने लगते हैं, और बुलबुले में न केवल हवा होगी, बल्कि जल वाष्प भी होगी, क्योंकि इन हवाई बुलबुले के अंदर पानी का वाष्पीकरण होना शुरू हो जाएगा। एक विशिष्ट शोर प्रकट होता है।

बुलबुले की पर्याप्त बड़ी मात्रा के साथ, यह आर्किमिडीज बल की कार्रवाई के तहत ऊपर की ओर बढ़ना शुरू कर देता है। चूंकि तरल को संवहन द्वारा गर्म किया जाता है, निचली परतों का तापमान तापमान से अधिक होता है ऊपरी परतेंपानी। इसलिए, बढ़ते बुलबुले में, जल वाष्प संघनित हो जाएगा, और बुलबुले का आयतन कम हो जाएगा। तदनुसार, बुलबुले के अंदर का दबाव वायुमंडल के दबाव और बुलबुले पर लगाए गए तरल स्तंभ से कम होगा। बुलबुला बंद हो जाएगा। शोर सुनाई देता है।

एक निश्चित तापमान पर, यानी, जब संवहन के परिणामस्वरूप सभी तरल गर्म हो जाते हैं, बुलबुले की मात्रा तेजी से बढ़ जाती है क्योंकि वे सतह पर पहुंचते हैं, क्योंकि बुलबुले के अंदर का दबाव बाहरी दबाव (वायुमंडल और तरल) के बराबर हो जाएगा। स्तंभ)। सतह पर, बुलबुले फट जाते हैं और तरल के ऊपर बहुत अधिक वाष्प उत्पन्न होती है। पानी उबल रहा है।

उबलने के संकेत

बहुत सारे बुलबुले फूटते हैं। सतह पर बहुत सारी भाप।

उबलने की स्थिति:

बुलबुले के अंदर का दबाव वायुमंडल के दबाव और बुलबुले के ऊपर तरल स्तंभ के दबाव के बराबर होता है।

पानी को उबालने के लिए, इसे केवल 100 ° तक गर्म करना पर्याप्त नहीं है, पानी को दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने के लिए इसे गर्मी की एक महत्वपूर्ण आपूर्ति देना भी आवश्यक है। एकत्रीकरण की स्थिति, अर्थात् बराबर में।

हमने अनुभव से उपरोक्त कथन की पुष्टि की है।

हमने एक कांच का फ्लास्क लिया, उसे एक धारक पर लगाया और एक सॉस पैन में आग पर रख दिया साफ पानीताकि बोतल हमारे बर्तन के तले को न छुए। जब पैन में पानी उबलता है, तो पानी फ्लास्क में नहीं उबलता। फ्लास्क में पानी का तापमान लगभग 100 तक पहुंच गया, लेकिन उबाल नहीं आया। इस परिणाम का अनुमान लगाया जा सकता था।

निष्कर्ष: पानी को उबालने के लिए, इसे केवल 100 ° तक गर्म करने के लिए पर्याप्त नहीं है, इसे गर्मी की एक महत्वपूर्ण आपूर्ति के साथ आपूर्ति करना आवश्यक है।

लेकिन फ्लास्क में पानी और सॉस पैन में पानी में क्या अंतर है? दरअसल, बुलबुले में एक ही पानी होता है, जो केवल एक कांच के विभाजन द्वारा शेष द्रव्यमान से अलग होता है, बाकी पानी के समान ही क्यों नहीं होता है?

क्योंकि बाधक बुलबुले के पानी को उन धाराओं में भाग लेने से रोकता है जो पैन में सारा पानी हिलाते हैं। पैन में पानी का प्रत्येक कण सीधे गर्म तल को छू सकता है, जबकि फ्लास्क में पानी केवल उबलते पानी के संपर्क में आता है।

इसलिए, हमने देखा कि शुद्ध उबलते पानी के साथ पानी उबालना असंभव है।

प्रयोग 2 की समाप्ति के बाद, हमने एक सॉस पैन में उबलते पानी में मुट्ठी भर नमक डाला। पानी थोड़ी देर के लिए उबलना बंद हो गया, और 100 से ऊपर के तापमान पर फिर से उबाला गया। जल्द ही कांच के फ्लास्क में पानी उबलने लगा।

निष्कर्ष: ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि फ्लास्क में पानी को उबालने के लिए पर्याप्त गर्मी की आपूर्ति की गई थी।

उपरोक्त के आधार पर, हम स्पष्ट रूप से परिभाषित कर सकते हैं कि वाष्पीकरण और उबलने में क्या अंतर है:

वाष्पीकरण एक शांत, सतही प्रक्रिया है जो किसी भी तापमान पर होती है।

उबालना एक हिंसक प्रक्रिया है, बड़ी मात्रा में, बुलबुले के खुलने के साथ।

3. क्वथनांक

जिस तापमान पर कोई द्रव उबलता है उसे क्वथनांक कहते हैं।

तरल के पूरे आयतन में वाष्पीकरण होने के लिए, और न केवल सतह से, यानी तरल को उबालने के लिए, यह आवश्यक है कि इसके अणुओं में उपयुक्त ऊर्जा हो, और इसके लिए उनके पास उचित गति होनी चाहिए। , जिसका अर्थ है कि तरल को एक निश्चित तापमान तक गर्म किया जाना चाहिए।

यह याद रखना चाहिए कि विभिन्न पदार्थों के अलग-अलग क्वथनांक होते हैं। पदार्थों के क्वथनांक एक प्रयोगात्मक विधि द्वारा निर्धारित किए जाते हैं और तालिका में सूचीबद्ध होते हैं।

पदार्थ का नाम क्वथनांक °

हाइड्रोजन -253

ऑक्सीजन -183

दूध 100

लीड 1740

आयरन 2750

तालिका संख्या 2

कुछ पदार्थ जो सामान्य रूप से गैसीय होते हैं, पर्याप्त रूप से ठंडा होने पर बहुत कम तापमान पर उबलने वाले तरल पदार्थों में बदल जाते हैं। तरल ऑक्सीजन, उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय दबाव में -183 के तापमान पर उबलती है। वे पदार्थ जिन्हें हम सामान्य रूप से ठोस अवस्था में देखते हैं, पिघल जाने पर बहुत अधिक तापमान पर उबलकर तरल पदार्थ में बदल जाते हैं।

वाष्पीकरण के विपरीत, जो किसी भी तापमान पर होता है, उबलना प्रत्येक तरल के लिए एक निश्चित तापमान स्थिरांक पर होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, भोजन पकाते समय, आपको पानी में उबाल आने के बाद गर्मी कम करने की आवश्यकता होती है, इससे ईंधन की बचत होगी, और पूरे उबाल के दौरान पानी का तापमान स्थिर रहता है।

हमने पानी, दूध और शराब के क्वथनांक की जांच के लिए एक प्रयोग किया।

प्रयोग के दौरान, हम बारी-बारी से शराब के दीपक, पानी, दूध और शराब पर एक गिलास फ्लास्क में उबालने के लिए गर्म करते हैं। उसी समय, हमने तरल को उबालने पर उसका तापमान मापा।

निष्कर्ष: पानी और दूध को 100 के तापमान पर उबाला जाता है, और शराब - 78 पर।

100ºC उबलते पानी और दूध का उबलता समय ग्राफ tºC

78ºC क्वथनांक शराब क्वथनांक ग्राफ

उबालना तापीय चालकता के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है, जिसके कारण गर्मी को हीटिंग सतह से तरल में स्थानांतरित किया जाता है। उबलते तरल में एक निश्चित तापमान वितरण स्थापित होता है। पानी की तापीय चालकता बहुत कम है, जिसकी पुष्टि हमने निम्नलिखित अनुभव से की है:

हमने एक परखनली ली, उसमें पानी भर दिया, उसमें बर्फ का एक टुकड़ा डुबोया और ताकि वह ऊपर न तैरे, हमने उसे धातु के नट से दबा दिया। इसके अलावा, पानी की बर्फ तक मुफ्त पहुंच थी। फिर हमने टेस्ट ट्यूब को स्पिरिट लैंप की लौ के ऊपर झुका दिया ताकि लौ केवल ट्यूब के शीर्ष को छू सके। 2 मिनिट बाद पानी ऊपर से उबलने लगा, लेकिन परखनली के नीचे बर्फ रह गई.

रहस्य इस बात में है कि परखनली के तल पर पानी बिल्कुल नहीं उबलता, बल्कि ठंडा रहता है, ऊपर से ही उबलता है। गर्मी से फैलने पर पानी हल्का हो जाता है और नीचे तक नहीं डूबता, बल्कि ट्यूब के ऊपरी हिस्से में रहता है। गर्म पानी की धाराएं और परतों का मिश्रण केवल परखनली के ऊपरी भाग में होगा और निचली, सघन परतों पर कब्जा नहीं करेगा। ताप को केवल चालन द्वारा नीचे की ओर स्थानांतरित किया जा सकता है, लेकिन पानी की तापीय चालकता बेहद कम है।

काम के पिछले पैराग्राफ में जो कहा गया था, उसके आधार पर हम उबलने की प्रक्रिया की विशेषताओं पर प्रकाश डालते हैं।

उबलने की विशेषताएं

1) उबालने पर ऊर्जा खर्च होती है, मुक्त नहीं होती।

2) पूरी उबलने की प्रक्रिया के दौरान तापमान स्थिर रहता है।

3) प्रत्येक पदार्थ का अपना क्वथनांक होता है।

4. क्वथनांक क्या निर्धारित करता है

सामान्य वायुमंडलीय दबाव में, क्वथनांक स्थिर होता है, लेकिन जैसे-जैसे तरल पर दबाव बदलता है, यह बदलता है। क्वथनांक जितना अधिक होगा, तरल पर उतना ही अधिक दबाव लागू होगा और इसके विपरीत।

इस कथन की सत्यता को सत्यापित करने के लिए हमने कई प्रयोग किए।

हमने पानी की एक कुप्पी ली, उसे गर्म करने के लिए शराब के दीपक पर रख दिया। रबर के बल्ब के साथ एक कॉर्क पहले से तैयार किया गया था। जब फ्लास्क में पानी उबल गया, तो हमने फ्लास्क को नाशपाती के डाट से बंद कर दिया। फिर हमने नाशपाती को दबाया, जबकि फ्लास्क में उबाल आना बंद हो गया। नाशपाती को दबाकर, हमने फ्लास्क पर दबाव बढ़ा दिया, और उबलने की स्थिति का उल्लंघन हुआ।

निष्कर्ष: बढ़ते दबाव के साथ, क्वथनांक बढ़ जाता है।

हमने उत्तल तल के साथ एक फ्लास्क लिया, उसमें पानी भर दिया और पानी को उबालने के लिए लाया। फिर उन्होंने फ्लास्क को एक तंग डाट से बंद कर दिया और उसे होल्डर में सुरक्षित करते हुए पलट दिया। हमने तब तक इंतजार किया जब तक फ्लास्क में पानी उबलना बंद नहीं हो गया और फ्लास्क के ऊपर उबलता पानी डाल दिया। फ्लास्क में कोई बदलाव नहीं हुआ। अगला, हम फ्लास्क के तल पर बर्फ डालते हैं, और फ्लास्क में पानी तुरंत उबल जाता है।

ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि बर्फ ने बोतल की दीवारों को ठंडा कर दिया, जिसके परिणामस्वरूप अंदर की भाप पानी की बूंदों में गाढ़ी हो गई। और चूँकि उबलने के दौरान भी कांच की बोतल से हवा बाहर निकल जाती थी, अब पानी में बहुत कम दबाव पड़ता है। लेकिन यह ज्ञात है कि जब तरल पर दबाव कम हो जाता है, तो वह कम तापमान पर उबलता है। इसलिए, हालांकि हमारे फ्लास्क में उबलता पानी है, उबलता पानी गर्म नहीं होता है।

निष्कर्ष: दबाव कम होने पर क्वथनांक कम हो जाता है।

जैसा कि आप जानते हैं, ऊंचाई बढ़ने के साथ वायुदाब कम होता जाता है। नतीजतन, ऊंचाई बढ़ने के साथ तरल का क्वथनांक भी कम हो जाता है, और तदनुसार, घटने के साथ बढ़ता है।

तो, अमेरिकी वैज्ञानिकों ने सबसे नीचे पाया शांति लाने वाला, पुगेट साउंड से 400 किमी पश्चिम में, 400 डिग्री सेल्सियस के पानी के तापमान के साथ एक सुपर हॉट स्प्रिंग है। धन्यवाद बहुत दबावबड़ी गहराई पर स्थित किसी स्रोत के जल पर, उसमें मौजूद पानी इस तापमान पर भी नहीं उबलता।

और पहाड़ी क्षेत्रों में, 3000 मीटर की ऊंचाई पर, जहां वायुमंडलीय दबाव 70 kPa है, पानी 90 C पर उबलता है। इसलिए, ऐसे उबलते पानी का उपयोग करने वाले इन क्षेत्रों के निवासियों को मैदानी इलाकों के निवासियों की तुलना में भोजन तैयार करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है। और इस उबलते पानी में उबाल लें, उदाहरण के लिए, अंडाआम तौर पर असंभव है, क्योंकि प्रोटीन 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर नहीं मुड़ता है।

जूल्स वर्ने के उपन्यास द चिल्ड्रन ऑफ कैप्टन ग्रांट में, एंडीज पास के यात्रियों ने पाया कि उबलते पानी में डूबा हुआ थर्मामीटर केवल 87 डिग्री सेल्सियस दिखाता है।

यह तथ्य इस बात की पुष्टि करता है कि समुद्र तल से ऊंचाई में वृद्धि के साथ, वायुमंडलीय दबाव कम होने पर क्वथनांक कम हो जाता है।

5. उबलते मूल्य

उबालना बहुत बड़ा है व्यवहारिक महत्वरोजमर्रा की जिंदगी और उत्पादन प्रक्रियाओं दोनों में।

सभी जानते हैं कि बिना उबाले हम अपने आहार से अधिकांश व्यंजन नहीं बना पाएंगे। ऊपर, काम में, हमने दबाव पर क्वथनांक की निर्भरता पर विचार किया। इस क्षेत्र में प्राप्त ज्ञान के लिए धन्यवाद, गृहिणियां अब प्रेशर कुकर का उपयोग कर सकती हैं। प्रेशर कुकर में भोजन लगभग 200 kPa के दबाव में पकाया जाता है। इसी समय, पानी का क्वथनांक 120 तक पहुंच जाता है। इस तापमान के पानी में, "खाना पकाने" की प्रक्रिया साधारण उबलते पानी की तुलना में बहुत तेज होती है। यह "प्रेशर कुकर" नाम की व्याख्या करता है।

किसी द्रव के क्वथनांक को कम करना भी लाभकारी हो सकता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, सामान्य वायुमंडलीय दबाव में, तरल फ्रीन लगभग 30 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर उबलता है। दबाव में कमी के साथ, फ़्रीऑन का क्वथनांक 0 ° ​​C से नीचे किया जा सकता है। इसका उपयोग रेफ्रिजरेटर के बाष्पीकरण में किया जाता है। कंप्रेसर के संचालन के लिए धन्यवाद, इसमें एक कम दबाव बनाया जाता है, और फ़्रीऑन भाप में बदलना शुरू कर देता है, जिससे कक्ष की दीवारों से गर्मी दूर हो जाती है। इसके लिए धन्यवाद, रेफ्रिजरेटर के अंदर का तापमान कम हो जाता है।

उबलने की प्रक्रिया आटोक्लेव (स्टरलाइज़िंग उपकरणों के लिए एक उपकरण), एक डिस्टिलर (आसुत जल बनाने के लिए एक उपकरण) के रूप में दवा में आवश्यक ऐसे उपकरणों के संचालन का आधार है।

विभिन्न पदार्थों के क्वथनांक में अंतर पाता है विस्तृत आवेदनप्रौद्योगिकी में, उदाहरण के लिए, तेल आसवन की प्रक्रिया में। जब तेल को 360 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो वह भाग (ईंधन तेल) जिसमें होता है उच्च तापमानउबलता रहता है, उसमें रहता है, और इसके वे हिस्से जिनका क्वथनांक 360 ° C से नीचे होता है, वाष्पित हो जाते हैं। परिणामी भाप का उपयोग गैसोलीन और कुछ अन्य प्रकार के ईंधन के उत्पादन के लिए किया जाता है।

हमने उबालने के लाभों के कुछ उदाहरण सूचीबद्ध किए हैं, जिनसे हमारे जीवन में इस प्रक्रिया की आवश्यकता और महत्व के बारे में निष्कर्ष निकालना पहले से ही संभव है।

6। निष्कर्ष

उपरोक्त कार्य में उबलने के विषय का अध्ययन करने के दौरान, हमने कार्य की शुरुआत में निर्धारित लक्ष्यों को पूरा किया: हमने उबलने की अवधारणा के बारे में प्रश्नों का अध्ययन किया, उबलने के चरणों की पहचान की, प्रक्रियाओं के कारणों की व्याख्या के साथ हो रहा है, उबलने के संकेतों, स्थितियों और विशेषताओं की पहचान की।

उबालना किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया है। जब हम पानी के बारे में बात करते हैं, तो हमारा मतलब तरल अवस्था से वाष्प अवस्था में परिवर्तन से होता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उबालना वाष्पीकरण नहीं है, जो कमरे के तापमान पर भी हो सकता है। इसके अलावा, उबलने से भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो एक निश्चित तापमान पर पानी गर्म करने की प्रक्रिया है। अब जब हमने अवधारणाओं को समझ लिया है, तो हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि पानी किस तापमान पर उबलता है।

प्रक्रिया

एकत्रीकरण की स्थिति को तरल से गैसीय में बदलने की प्रक्रिया जटिल है। और हालांकि लोग इसे नहीं देखते हैं, इसके 4 चरण हैं:

1. पहले चरण में, गर्म कंटेनर के तल पर छोटे बुलबुले बनते हैं। उन्हें किनारों पर या पानी की सतह पर भी देखा जा सकता है। वे हवा के बुलबुले के विस्तार के कारण बनते हैं, जो हमेशा कंटेनर में दरार में मौजूद होते हैं जहां पानी गर्म होता है।
2. दूसरे चरण में, बुलबुले की मात्रा बढ़ जाती है। वे सभी सतह पर फटने लगते हैं, क्योंकि उनके अंदर है संतृप्त भापजो पानी से भी हल्का है। ताप तापमान में वृद्धि के साथ, बुलबुले का दबाव बढ़ जाता है, और आर्किमिडीज के ज्ञात बल के कारण उन्हें सतह पर धकेल दिया जाता है। उसी समय, आप विशेषता उबलते ध्वनि सुन सकते हैं, जो लगातार विस्तार और बुलबुले के आकार में कमी के कारण बनता है।
3. तीसरे चरण में, सतह पर देखा जा सकता है एक बड़ी संख्या कीबुलबुले यह शुरू में एक बादलदार पानी बनाता है। इस प्रक्रिया को लोकप्रिय रूप से "एक सफेद कुंजी के साथ उबालना" कहा जाता है, और यह थोड़े समय के लिए रहता है।
4. चौथे चरण में, पानी तीव्रता से उबलता है, सतह पर बड़े फटने वाले बुलबुले दिखाई देते हैं, और छींटे दिखाई दे सकते हैं। अक्सर, स्पलैशिंग का मतलब है कि तरल गर्म हो गया है अधिकतम तापमान... पानी से भाप निकलने लगेगी।

यह ज्ञात है कि पानी 100 डिग्री के तापमान पर उबलता है, जो केवल चौथे चरण में ही संभव है।

भाप का तापमान

भाप जल की अवस्थाओं में से एक है। जब यह हवा में प्रवेश करता है, तो अन्य गैसों की तरह, उस पर एक निश्चित दबाव डालता है। वाष्पीकरण के दौरान, भाप और पानी का तापमान तब तक स्थिर रहता है जब तक कि पूरा तरल अपनी एकत्रीकरण की स्थिति को नहीं बदल देता। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि उबलने के दौरान, पानी को भाप में बदलने के लिए सारी ऊर्जा खर्च होती है।

उबलने की शुरुआत में, नम संतृप्त भाप बनती है, जो सभी तरल के वाष्पीकरण के बाद सूख जाती है। यदि इसका तापमान पानी के तापमान से अधिक होना शुरू हो जाता है, तो ऐसी भाप अत्यधिक गरम हो जाती है, और इसकी विशेषताओं से यह गैस के करीब होगी।

नमकीन पानी उबल रहा है

यह जानना काफी दिलचस्प है कि उच्च नमक सामग्री वाला पानी किस तापमान पर उबलता है। यह ज्ञात है कि संरचना में Na + और Cl- आयनों की सामग्री के कारण यह अधिक होना चाहिए, जो पानी के अणुओं के बीच एक क्षेत्र पर कब्जा कर लेते हैं। इस प्रकार नमक के साथ पानी की रासायनिक संरचना साधारण ताजे तरल से भिन्न होती है।

तथ्य यह है कि खारे पानी में एक जलयोजन प्रतिक्रिया होती है - पानी के अणुओं को नमक आयनों से जोड़ने की प्रक्रिया। अणुओं के बीच संचार ताजा पानीजलयोजन के दौरान बनने वाले की तुलना में कमजोर, इसलिए घुले हुए नमक के साथ तरल को उबालने में अधिक समय लगेगा। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, नमक युक्त पानी में अणु तेजी से आगे बढ़ते हैं, लेकिन उनमें से कम होते हैं, जिससे उनके बीच टकराव कम होता है। नतीजतन, कम भाप उत्पन्न होती है, और इसका दबाव ताजे पानी के भाप के दबाव से कम होता है। नतीजतन, पूर्ण भाप उत्पादन के लिए अधिक ऊर्जा (तापमान) की आवश्यकता होती है। औसतन, एक लीटर पानी जिसमें 60 ग्राम नमक होता है, उबालने के लिए, पानी के क्वथनांक को 10% (अर्थात 10 C) बढ़ाना आवश्यक है।

क्वथनांक बनाम दबाव

मालूम हो कि पहाड़ों में चाहे कुछ भी हो रासायनिक संरचनापानी का क्वथनांक कम होगा। यह इस तथ्य के कारण है कि ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव कम होता है। 101.325 kPa के मान वाले दबाव को सामान्य माना जाता है। इसके साथ, पानी का क्वथनांक 100 डिग्री सेल्सियस होता है। लेकिन अगर आप पहाड़ पर जाते हैं, जहां दबाव औसतन 40 kPa है, तो वहां पानी 75.88 C पर उबल जाएगा। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि पहाड़ों में खाना पकाने में लगभग आधा समय खर्च करना होगा। उत्पादों के थर्मल प्रसंस्करण के लिए एक निश्चित तापमान की आवश्यकता होती है।

ऐसा माना जाता है कि समुद्र तल से 500 मीटर की ऊंचाई पर पानी 98.3 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है और 3000 मीटर की ऊंचाई पर उबलते तापमान 90 डिग्री सेल्सियस होता है।

ध्यान दें कि यह कानून में भी मान्य है विपरीत दिशा... यदि आप एक बंद फ्लास्क में एक तरल रखते हैं जिसमें से भाप नहीं गुजर सकती है, तो तापमान में वृद्धि और भाप के बनने के साथ, इस फ्लास्क में दबाव बढ़ जाएगा, और उबलने पर उच्च रक्त चापअधिक तापमान पर होगा। उदाहरण के लिए, 490.3 kPa के दबाव पर, पानी का क्वथनांक 151 C होगा।

उबलते आसुत जल

आसुत जल बिना किसी अशुद्धियों के शुद्ध जल होता है। इसका उपयोग अक्सर चिकित्सा या तकनीकी उद्देश्यों के लिए किया जाता है। यह देखते हुए कि इस तरह के पानी में कोई अशुद्धियाँ नहीं हैं, इसका उपयोग खाना पकाने के लिए नहीं किया जाता है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि आसुत जल साधारण ताजे पानी की तुलना में तेजी से उबलता है, लेकिन क्वथनांक वही रहता है - 100 डिग्री। हालांकि, उबलने के समय में अंतर न्यूनतम होगा - केवल एक सेकंड का एक अंश।

चायदानी में

अक्सर लोग उस तापमान में रुचि रखते हैं जिस पर केतली में पानी उबलता है, क्योंकि ये ऐसे उपकरण हैं जिनका उपयोग वे तरल उबालने के लिए करते हैं। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि अपार्टमेंट में वायुमंडलीय दबाव मानक एक के बराबर है, और उपयोग किए गए पानी में लवण और अन्य अशुद्धियां नहीं होनी चाहिए, तो क्वथनांक भी मानक होगा - 100 डिग्री। लेकिन अगर पानी में नमक है, तो क्वथनांक, जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, अधिक होगा।

निष्कर्ष

अब आप जानते हैं कि पानी किस तापमान पर उबलता है, और वायुमंडलीय दबाव और द्रव संरचना इस प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करती है। इसमें कुछ भी मुश्किल नहीं है और बच्चों को ऐसी जानकारी स्कूल में मिलती है। मुख्य बात यह याद रखना है कि दबाव में कमी के साथ, तरल का क्वथनांक भी कम हो जाता है, और इसके बढ़ने के साथ-साथ यह भी बढ़ जाता है।

इंटरनेट पर आप कई पा सकते हैं अलग टेबल, जहां वायुमंडलीय दबाव पर तरल के क्वथनांक की निर्भरता का संकेत दिया जाता है। वे सभी के लिए उपलब्ध हैं और स्कूली बच्चों, छात्रों और यहां तक ​​कि संस्थानों में शिक्षकों द्वारा सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं।