Испарение и кипение два процесса перехода. Испарение и кипение. Влияние испарения на человеческий организм

Испарение и кипение.

Переход вещества из жидкого состояния и парообразное называется испарением. Испарение происходит со всякой свободной поверхности жидкости и при любой температуре. При повышении температуры до некоторого предела упругость пара жидкости делается равной давлению окружающей среды. В этом случае испарение начинается в глубоких слоях жидкости, последняя закипает и насыщает газовое пространство своими парами.

Если образовавшиеся при испарении или кипении пары отводятся и конденсируются, то такой процесс называется дистилляцией или перегонкой, а полученный конденсат – дистиллатом или погоном.

При неизменном давлении в процессе перегонки для каждой химически чистой жидкости существует своя, строго определенная температура кипения. Температура кипения индивидуальных углеводородов в гомологическом ряду тем выше, чем больше их молярная масса.

Растворенные в жидкости компоненты меняют ее точку кипения. В тех случаях, когда раствор состоит из взаимно растворимых жидкостей, температура кипения смеси лежит между температурами кипения чистых компонентов и зависит от состава смеси. Составные части смеси, обладающие при данной температуре нагрева более высокой, упругостью паров, а следовательно, и более низкой температурой кипения, называются легкокипящими или низкокипящими компонентами смеси.

В противоположностъ этому, входящие в состав кипящего раствора вещества, обладающие более низкой упругостью паров, а потому и более высокой температурой кипения, именуются тяжелокипящими или высококипящими компонентами смеси.

В системе координат температура - время (температура-процент отгона) выкипание чистых компонентов и их смесей может быть изображено (фиг) ломаными линиями АСВ. Горизонтальные участки А, В и им подобные характерны для химически чистых компонентов и отвечают точкам кипения индивидуальных веществ; наклонные С - кипению их смесей.

Таким образом, если для индивидуальных веществ температура t на кривой выкипания остается постоянной, то для смеси взаимно растворимых, близких по температуре кипения компонентов подобной постоянной точки не существует. Взамен ее на отдельных участках неуклонного повышения температуры, в местах перехода, можно найти условные «начальную» и «конечную», а посредине «среднюю» температуры кипения смеси (фиг. 62).

Нефть и нефтепродукты представляют собой сложную смесь взаимно растворимых углеводородов, обладающих различной температурой кипения.

При нагревании этой сложной смеси в пар прежде всего переходят компоненты, обладающие высокой летучестью. Частично с ними уходят высококипящие компоненты, но концентрация низкокипящего компонента в парах всегда больше, чем в кипящей жидкости.

По мере отгона низкокипящих, жидкий остаток обогащается высококипящими компонентами. Так как упругость паров последних при данной температуре может быть ниже внешнего давления, кипение замедляется и в конечном счете прекращается. Чтобы возобновить кипение и сделать его безостановочным, жидкий остаток необходимо непрерывно нагревать. При атом в паровое пространство будут переходить все новые и новые компоненты со все возрастающей температурой кипения.

Конденсируя отходящие пары и отбирая конденсат от момента закипания жидкости до конца перегонки в виде отдельных по «интервалам температур кипения» дистиллатов, получаем так называемые температурные фракции или просто фракции нефти (нефтепродукта).

Дистилляцию, сопровождающуюся разделением конденсата перегоняемой жидкости (сырья) на фракции, называют перегонкой дробной, диференциальной или фракционной.

В окружающем нас мире постоянно и непрерывно происходит огромное множество различных физических явлений и процессов. Одним из немаловажных можно считать процесс испарения. Существует несколько обязательных условий для данного явления. В этой статье мы разберем каждый из них более подробно.

Это процесс преобразования веществ в газообразное или парообразное состояние. Оно характерно только для консистенции. Однако нечто похожее наблюдается и у твердых тел, только называется данное явление сублимацией. Это можно заметить при тщательном наблюдении за телами. Например, кусок мыла с течением времени подсыхает и начинает трескаться, это объясняется тем, что капельки воды в его составе испаряются и переходят в газообразное состояние H 2 O.

Определение в физике

Испарение - это эндотермический процесс, при котором источником поглощаемой энергии служит теплота Она включает в себя две составляющие:

определенное необходимое для преодоления молекулярных сил притяжения, когда происходит разрыв между соединенными молекулами;
теплота, необходимая при работе расширения молекул в процессе превращения жидких веществ в пар или газ.

Как это происходит?

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное может происходить двумя способами:

Испарение - это процесс, при котором с поверхности жидкого вещества улетучиваются молекулы.
Кипение - процесс парообразования из жидкости путем доведения температуры до удельной теплоты кипения вещества.

Несмотря на то что оба эти явления преобразуют жидкое вещество в газ, между ними есть существенные различия. Кипение - это активный процесс, который совершается только при определенной температуре, тогда как испарение происходит при любых условиях. Еще одно отличие заключается в том, что кипение характерно для всей толщи жидкости, а второе явление возникает только на поверхности жидких веществ.

Молекулярно-кинетическая теория испарения

Если рассматривать данный процесс на молекулярном уровне, то он происходит следующим образом:

Молекулы в жидких веществах находятся в постоянном хаотичном движении, все они имеют абсолютно разные скорости. Между тем частицы притягиваются друг к другу благодаря силам притяжения. Каждый раз когда они сталкиваются друг с другом, их скорости меняются. В какой-то момент у некоторых развивается очень большая скорость, позволяющая преодолеть силы притяжения.
Эти элементы, которые оказались на поверхности жидкости, обладают такой кинетической энергией, что способны преодолевать межмолекулярные связи и покидать жидкость.
Именно эти самые быстрые молекулы вылетают с поверхности жидкого вещества, причем происходит этот процесс постоянно и непрерывно.
Оказавшись в воздухе, они превращаются в пар - называется это парообразованием.
Как следствие этого, оставшихся частиц становится все меньше. Этим и объясняется остывание жидкости. Вспомните, как в детстве нас учили дуть на горячую жидкость, чтобы она скорее остыла. Получается, что мы ускоряли процесс и спад температуры происходил намного быстрее.

От каких факторов зависит?

Существует множество условий, необходимых для возникновения данного процесса. Оно происходит отовсюду, где присутствуют частицы воды: это и озера, моря, реки, все влажные предметы, покровы тел животных и людей, а также листья растений. Можно сделать вывод, что испарение - это весьма значимый и незаменимый процесс для окружающего мира и всех живых существ.

Вот какие факторы оказывают влияние на данное явление:

Скорость испарения напрямую зависит от состава самой жидкости. Известно, что у каждой из них существуют свои особенности. Например, те вещества, у которых теплота парообразования ниже, будут преобразовываться быстрее. Сравним два процесса: испарение спирта и обычной воды. В первом случае преобразование в газообразное состояние происходит быстрее, потому что удельная теплота парообразования и конденсации у спирта равна 837 кДж/кг, а у воды почти в три раза больше - 2260 кДж/кг.
Скорость также зависит от изначальной температуры жидкости: чем она больше, тем быстрее образуется пар. В качестве примера возьмем стакан воды, когда внутри сосуда находится кипяток, то парообразование происходит с гораздо большей скоростью, нежели когда температура воды ниже.
Еще один фактор, определяющий скорость протекания данного процесса, - это площадь поверхности жидкости. Вспомните, что в тарелке большого диаметра горячий суп остывает быстрее, чем в маленьком блюдце.
Скорость распространения веществ в воздушной среде во многом определяет и скорость испарения, т. е. чем быстрее происходит диффузия, тем скорее происходит парообразование. Например, при сильных ветрах капельки воды быстрее испаряются с поверхности озер, рек и водохранилищ.
Температура воздуха в помещении также играет немаловажную роль. Подробнее об этом мы поговорим чуть ниже.

Какова роль влажности воздуха?

Вследствие того что процесс испарения происходит отовсюду непрерывно и постоянно, то в воздухе всегда присутствуют частички воды. В молекулярном виде они выглядят как группа элементов H 2 O. Жидкости могут испаряться в зависимости от показателя объема водяных паров в атмосфере, этот коэффициент и называется влажностью воздуха. Она бывает двух видов:

Относительная влажность - это отношение количества водяных паров в воздухе к плотности насыщенного пара при той же температуре в процентном соотношении. Например, показатель 100 % говорит о том, что атмосфера полностью насыщена молекулами H 2 O.
Абсолютная же характеризует плотность водяных паров в воздушной среде, обозначается буквой f и показывает, какая масса молекул воды содержится в 1м 3 воздуха.

Связь процесса испарения и влажности воздуха можно определить следующим образом. Чем меньше показатель тем быстрее будет происходить испарение с поверхности земли и других предметов.

Испарение различных веществ

У различных веществ этот процесс протекает по-разному. Например, испарение спирта происходит быстрее, чем у многих жидкостей благодаря его маленькой удельной теплоте парообразования. Зачастую подобные жидкие вещества называются летучими, потому что водяные пары буквально улетучиваются из них практически при любых температурах.

Спирт также может испаряться даже при комнатной температуре. В процессе готовки вина или водки спирт прогоняется через самогонный аппарат, только достигнув температуры кипения, она приблизительно равняется 78 градусам. Однако реальная температура испарения спирта будет немного больше, потому как в исходном продукте (например, браге) он представляет собой соединения с различными ароматическими маслами и водой.

Конденсация и сублимация

Следующее явление можно наблюдать каждый раз, когда закипает вода в чайнике. Обратите внимание, что при кипении вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Происходит это таким образом: горячая струя водяного пара с большой скоростью вылетает из чайника через его носик. При этом образовавшийся пар виден не прямо у выхода из носика, а на небольшом расстоянии от него. Данный процесс называется конденсацией, т. е. водяные пары сгущаются до такой степени, что становятся видны для наших глаз.

Испарение твердого тела называется сублимацией. При этом они переходят из агрегатного состояния в газообразное, минуя стадию жидкости. Самый известный случай сублимации связан с кристаллами льда. В первоначальном виде лед является твердым веществом, при температуре выше 0° он начинает таять, принимая жидкое состояние. Однако в некоторых случаях при отрицательных температурах лед переходит в парообразную форму, минуя жидкую фазу.

Влияние испарения на человеческий организм

Благодаря испарению в нашем теле происходит терморегуляция. Происходит данный процесс через систему самоохлаждения. В жаркий знойный день человеку, который занимается определенным физическим трудом, становится очень жарко. Это означает, что в нем увеличивается внутренняя энергия. А как известно, при температуре выше 42° белок в крови человека начинает сворачиваться, если вовремя не остановить этот процесс, он приведет к смерти.

Система самоохлаждения устроена как раз таким образом, чтобы регулировать температуру для нормальной жизнедеятельности. Когда температура становится предельно допустимой, через поры на коже начинается активное потоотделение. А затем уже с поверхности кожи происходит испарение, которое поглощает лишнюю энергию тела. Иными словами, испарение - это процесс, способствующий охлаждению организма до нормального состояния.

Если оставить незакрытым сосуд с водой, то через некоторое время вода испарится. Если проделать тот же опыт с этиловым спиртом или бензином, то процесс происходит несколько быстрее. Если кастрюлю с водой нагревать на достаточно мощной горелке, то вода закипит.

Все эти явления являются частным случаем парообразования превращения жидкости в пар. Существует два вида парообразования испарение и кипение.

Что такое испарение

Испарением называют парообразование с поверхности жидкости. Объяснить испарение можно следующим образом.

При соударениях скорости молекул меняются. Часто находятся молекулы, скорость которых настолько велика, что они преодолевают притяжение соседних молекул и отрываются от поверхности жидкости. (Молекулярное строение вещества). Так как даже в небольшом объёме жидкости очень много молекул, такие случаи получаются довольно часто, и идёт постоянный процесс испарения.

Отделившиеся от поверхности жидкости молекулы образуют над ней пар. Некоторые из них вследствие хаотического движения возвращаются обратно в жидкость. Поэтому испарение происходит быстрее, если есть ветер, так как он уносит пар в сторону от жидкости (здесь также имеет место явление «захвата» и отрыва молекул с поверхности жидкости ветром).

Поэтому же в закрытом сосуде испарение быстро прекращается: количество «оторвавшихся» за единицу времени молекул становится равно количеству «вернувшихся» в жидкость.

Интенсивность испарения зависит от рода жидкости: чем меньше притяжение между молекулами жидкости, тем интенсивнее испарение.

Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул имеют возможность покинуть её. Значит, интенсивность испарения зависит от площади поверхности жидкости.

При повышении температуры скорости молекул возрастают. Поэтому чем выше температура, тем интенсивнее испарение.

Что такое кипение

Кипение это интенсивное парообразование, которое происходит в результате нагревания жидкости, образования в ней пузырьков пара, всплывающих на поверхность и разрывающихся там.

Во время кипения температура жидкости остаётся постоянной.

Температура кипения это температура, при которой жидкость кипит. Обычно, говоря о температуре кипения данной жидкости, подразумевают температуру, при которой эта жидкость кипит при нормальном атмосферном давлении.

При парообразовании молекулы, которые отделились от жидкости, уносят из неё часть внутренней энергии. Поэтому при испарении жидкость охлаждается.

Удельная теплота парообразования

Физическую величину, характеризующую количество теплоты, которое требуется для испарения единичной массы вещества, называют удельной теплотой парообразования . (по ссылке более подробный разбор этой темы)

В системе СИ единица измерения этой величины Дж/кг. Её обозначают буквой L.

Твердое, жидкое и газообразное — каждое вещество может находиться при определенных условиях в этих агрегатных состояниях. Испарение и кипение представляют собой процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Кипение — процесс парообразования в жидкости.

Сравнение

Испарение с поверхности любой жидкости происходит всегда при любой температуре. Молекулы жидкости располагаются почти вплотную друг к другу, они колеблются около своего положения равновесия и связаны между собой силами притяжения. Молекулы жидкости не привязаны к определенным центрам, поэтому могут перемещаться по всей жидкости. Но у жидкостей есть всегда свободная поверхность, пограничный слой с газом. Молекулы в этом слое притягиваются с одной стороны молекулами, которые находятся внутри жидкости. Но наиболее быстрые молекулы, с кинетической энергией, которая выше энергии их связи с остальными молекулами, способны вылететь с поверхности жидкости. Они, отделившись от поверхности жидкости, образуют над ней пар. Часть молекул могут вследствие хаотического движения возвратится обратно в жидкость, а остальные безвозвратно теряются. У оставшихся молекул уменьшается средняя кинетическая энергия, это ведет к охлаждению жидкости.

Кипение — это испарение, которое происходит в самом объеме жидкости. Вода в обычном состоянии при комнатной температуре насыщена воздухом. В жидкости всегда есть пузырьки газа еще до кипения. При нагревании воды газ, который в ней есть, выделяется на дно и стенки сосуда. Так образуются воздушные пузырьки. Если давление насыщенного пара жидкости будет равняться или превышать давление газа в пузырьках, то жидкость начнет испаряться в них. При нагревании пузырьки, которые наполнены паром, раздуваются, расширяются и, наконец, всплывают на поверхность. Кипение представляет собой процесс, при котором происходит непрерывное образование и рост в жидкости пузырьков пара, куда идет испарение жидкости. Кипение данной жидкости происходит при определенной температуре и при определенном давлении и обнаруживается, когда пузырьки пара образуются во всей жидкости. Этот процесс будет происходить, когда давление ее насыщенных паров будет равняться внешнему давлению при определенной температуре.

Выводы сайт

Испарение — это переход жидкости в газ, который происходит с пограничного слоя жидкости.
Испарение жидкости имеет место быть всегда при любой температуре.
Кипение — это процесс парообразования в жидкости.
Кипение происходит при определённой температуре и давлении.