КИПІННЯ: ПОНЯТТЯ, ВИДИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Кипіння є зміна стану або рідкої фази в газоподібний стан. Він виникає при нагріванні рідини до температури кипіння: температура, при якій тиск пари рідини дорівнює атмосферному тиску, який чиниться на поверхні рідини.

Як правило, при кипінні тепло подається в нижній частині ємності, яка містить рідину. Тут починається утворення бульбашок, які збільшуються в об’ємі, коли вони піднімаються до поверхні рідини, тому що тиск на них зменшується в міру їх зростання.

Коли рідина закипить, кажуть, що вона досягла своєї температури кипіння. Джерело: Pixabay.

Коли нагріта рідина - це вода, бульбашки містять водяну пару; тобто вони вже містять воду в газоподібному стані. Крім того, бульбашки розподіляються по всьому об’єму рідини. Температура кипіння води становить близько 100ºC, при тиску 1 атм (760 мм рт. Ст.).

Для отримання зміни стану з рідкої фази на газоподібну необхідно подавати енергію (ентальпія випаровування). Під час кипіння температура води залишається постійною на рівні 100 ° C, оскільки теплова енергія втрачається, коли молекули рідкої води виходять у вигляді водяної пари.

Види кипіння

Існує два основних типи кипіння: ядерний та критичний тепловий потік.

При нуклеатному кипінні бульбашки невеликого обсягу утворюються в різних місцях об’єму рідини.

Утворення бульбашок спостерігається після підвищення температури

Тим часом у критичному тепловому потоці кипіння відбувається, коли поверхня, куди подається тепло для початку кипіння, нагрівається вище критичного значення температури, утворюючи шар пари на поверхні.

Точка кипіння

Фактори, що визначають температуру кипіння

Атмосферний тиск

Підвищення атмосферного тиску призводить до підвищення температури кипіння, оскільки для підвищення рівня атмосферного тиску необхідно збільшити тиск водяної пари. Для цього необхідно підвищити температуру води, що потребує більших витрат калорій.

Навпаки, коли атмосферний тиск знижується, як це відбувається в горі на висоті над рівнем моря, температура кипіння знижується, оскільки потрібен нижчий тиск пари, ніж рівний атмосферному.

Міжмолекулярні сили

Молекули в розчині мають кілька типів взаємодій, включаючи: дисперсійні або лондонські сили, дипольно-дипольні сили та водневі зв’язки. Чим більше величина цих сил, тим вище температура кипіння.

Тепла енергія потрібна для розриву взаємодії між молекулами, щоб у них було достатньо енергії для кипіння. Наприклад: метиловий ефір (C ₂ H ₆ O) має температуру кипіння 25 ° C, тоді як етиловий ефір (C ₄ H ₁₀ O) має температуру кипіння 78,5 ° C.

Різниця між точками кипіння, незважаючи на схожі хімічні структури, пояснюється тим, що етиловий ефір має більш високу молекулярну масу; Вони обидва утворюють водневі зв’язки, але сили дисперсії в C ₄ H ₁₀ O сильніші, ніж у C ₂ H ₆ O.

Різниця між кипінням та випаровуванням

Кипіння зароджується в рідині поблизу джерела тепла, потім поширюється по всьому об'єму рідини. На цій ілюстрації видно:

Тим часом випаровування - явище поверхні рідини.

Випаровування відбувається тоді, коли молекула рідини на межі повітря-рідина має достатньо енергії для подолання поверхневого натягу, який чиниться на ній; тому він виходить із пазухи рідини та переходить у газоподібну фазу.

Випаровування може відбуватися при будь-якій температурі, але можливість його виникнення зростає з температурою. На наступному зображенні ви можете бачити воду, що випаровується з землі:

Приклади кипіння

Парова стерилізація

Він виконується в обладнанні, званому автоклавом, яке має здатність створювати високий тиск, який чинить водяна пара, яке не може вийти. Так само спостерігається збільшення температури кипіння води, що дозволяє їй досягати температури вище 100 ºC.

В автоклаві стерилізують матеріали для культури тканин, хірургічні матеріали, матеріали для використання в лабораторіях, культуральних середовищах тощо. Умови, які використовуються для стерилізації в автоклаві, складають: 15 фунтів тиску, температура 121 ºC і тривалість 15 хвилин.

Приготування їжі

Їжа нагрівається, поміщаючи її у воду. Під час його приготування використовують температуру, рівну температурі кипіння води (100 ºC). Їжа нагрівається протягом часу, який свідчить досвід, щоб досягти оптимальних умов для прийому всередину.

Китайська їжа використовує мінімальне кипіння і пропарювання, щоб зберегти колір, текстуру та аромат їжі. Тип приготування, відомий як симер, використовує температуру нижче температури кипіння. Приготування їжі також використовується за допомогою пари.

Скороварки

Плита під тиском використовується в приготуванні їжі. Його робота заснована на його здатності обмежувати викид водяної пари, що утворюється в атмосферу, що створює підвищення внутрішнього тиску.

Підвищення тиску, що чиняться на поверхні рідини в горщику, перетворюється на збільшення температури кипіння та досягнення температури вище 100ºС. Це скорочує час приготування і, таким чином, економить на використанні палива.

Розсіювання тепла

Вода кипить на гідрофільних поверхнях для охолодження ядерних реакторів та потужних електронних пристроїв, тим самим запобігаючи їх перегріванню. Щоб досягти температури кипіння і закипіти, вода повинна забирати тепло з оточення, і це призводить до зниження її температури.

Визначення молярної маси розчинних речовин

Підвищення температури кипіння води є колізійною властивістю; і тому залежить від концентрації розчиненого розчиненого речовини. Знаючи це, можна оцінити молярну масу розчиненого речовини. Однак існують більш точні методи, наприклад, мас-спектрометрія, яка все ще є корисним методом.

Цукрова промисловість

При рафінуванні тростинного цукру для отримання кристалічного цукру сок тростини кип'ятять, а температура, яку він досягає, залежить від концентрації в ньому цукру.

Підвищення температури кипіння соку тростини - це міра концентрації цукру в розчині. Це важлива інформація для досягнення кристалізації цукру.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (26 вересня 2019 р.). Визначення кипіння в хімії. Відновлено з: thinkco.com
3. Вікіпедія. (2019). Точка кипіння. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29 вересня 2019 р.). Кипіння. Відновлено з: chem.libretexts.org
5. Кипіння. Відновлено: chem.purdue.edu
6. Редактори Encyclopeedia Britannica. (19 травня 2015 р.). Кипіння. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
7. Професор Софія Гутьеррес де Гамбоа. (2008). Стерилізація теплом людини. . Відновлено з: ucv.ve
8. Університет Пердю. (30 квітня 2018 р.). Водовідштовхувальні поверхні дозволяють ефективно закипати воду, зберігаючи електроніку прохолодною. ScienceDaily. Відновлено: sciencedaily.com
9. Бренан, Джон. (2019). Використання висоти точки кипіння. sciaching.com. Відновлено: sciaching.com