Dans la nature, les substances peuvent être dans l'un des trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux. Le passage du premier au second et inversement peut être observé quotidiennement, surtout en hiver. Cependant, la transformation du liquide en vapeur, connue sous le nom de processus d'évaporation, n'est souvent pas visible à l'œil nu. Malgré son insignifiance apparente, il joue un rôle important dans la vie humaine. Alors, découvrons-en plus à ce sujet.
L'évaporation - qu'est-ce que c'est
Chaque fois que vous décidez de faire bouillir une bouilloire pour le thé ou le café, vous pouvez voir comment, après avoir atteint 100 ° C, l'eau se transforme en vapeur. C'est ce qui est exemple pratique le processus de vaporisation (la transition d'une certaine substance à l'état gazeux).
La vaporisation est de deux types : l'ébullition et l'évaporation. À première vue, ils sont identiques, mais c'est une idée fausse courante.
L'évaporation est la vaporisation de la surface d'une substance et l'ébullition est de tout son volume.
Évaporation vs ébullition : quelle est la différence ?
Bien que le processus d'évaporation et l'ébullition contribuent tous deux à la transition d'un liquide à un état gazeux, il convient de rappeler deux différences importantes entre eux.
- L'ébullition est un processus actif qui se produit à une certaine température. Pour chaque substance, elle est unique et ne peut changer qu'avec une diminution de pression atmosphérique. À conditions normales 100 °C sont nécessaires pour faire bouillir l'eau, pour l'huile de tournesol raffinée - 227 °C, pour l'huile non raffinée - 107 °C. L'alcool, au contraire, a besoin d'une température plus basse - 78 ° C pour bouillir. La température d'évaporation peut être quelconque et, contrairement à l'ébullition, elle se produit constamment.
- La deuxième différence significative entre les processus est que lors de l'ébullition, la vaporisation se produit sur toute l'épaisseur du liquide. Alors que l'évaporation de l'eau ou d'autres substances ne se produit qu'à partir de leur surface. Soit dit en passant, le processus d'ébullition s'accompagne toujours d'une évaporation en même temps.
processus de sublimation
On pense que l'évaporation est la transition d'un état liquide à un état gazeux d'agrégation. Cependant, dans de rares cas, en contournant le liquide, une évaporation directe de l'état solide à l'état gazeux est possible. Ce processus s'appelle la sublimation.
Ce mot est familier à tous ceux qui ont déjà commandé une tasse ou un T-shirt avec leur photo préférée dans un salon photo. Ce type d'évaporation est utilisé pour appliquer de façon permanente une image sur un tissu ou une céramique ; en l'honneur de cela, ce type d'impression est appelé impression par sublimation.
En outre, une telle évaporation est souvent utilisée pour le séchage industriel des fruits et légumes, la fabrication du café.
Bien que la sublimation soit beaucoup moins courante que l'évaporation d'un liquide, elle peut parfois être observée dans la vie de tous les jours. Ainsi, le linge humide lavé et mis à sécher en hiver gèle instantanément et devient dur. Cependant, peu à peu cette rigidité s'en va, et les choses deviennent sèches. Dans ce cas, l'eau issue de l'état de glace, contournant la phase liquide, passe immédiatement en vapeur.
Comment se produit l'évaporation
Comme la plupart des physiques et procédés chimiques, le rôle principal dans le processus d'évaporation est joué par les molécules.
Dans les liquides, ils sont situés très près les uns des autres, mais ils n'ont pas d'emplacement fixe. Grâce à cela, ils peuvent "voyager" sur toute la surface du liquide, et à des vitesses différentes. Ceci est réalisé en raison du fait que pendant le mouvement, ils se heurtent et à partir de ces collisions, leur vitesse change. Devenues assez rapides, les molécules les plus actives ont la possibilité de remonter à la surface de la substance et, après avoir surmonté la force d'attraction des autres molécules, quittent le liquide. C'est ainsi que l'eau ou une autre substance s'évapore et que de la vapeur se forme. N'est-ce pas un peu comme un vol de fusée dans l'espace ?
Bien que les molécules les plus actives passent du liquide à la vapeur, leurs "frères" restants continuent d'être en mouvement constant. Peu à peu, ils acquièrent vitesse requise surmonter l'attraction et passer à un autre état d'agrégation.
En quittant progressivement et constamment le liquide, les molécules utilisent pour cela son énergie interne, et celle-ci diminue. Et cela affecte directement la température de la substance - elle diminue. C'est pourquoi la quantité de thé rafraîchissant dans la tasse est légèrement réduite.
Conditions d'évaporation
En regardant les flaques d'eau après la pluie, vous remarquerez que certaines d'entre elles s'assèchent plus rapidement et que d'autres prennent plus de temps. Puisque leur séchage est un processus d'évaporation, nous pouvons utiliser cet exemple pour comprendre les conditions nécessaires à cela.
- Le taux d'évaporation dépend du type de substance évaporée, car chacun d'eux a des caractéristiques uniques qui affectent le temps pendant lequel ses molécules passent complètement à l'état gazeux. Si vous laissez ouvertes 2 bouteilles identiques remplies de la même quantité de liquide (dans un alcool C2H5OH, dans l'autre - eau H2O), le premier récipient se videra plus rapidement. Comme mentionné ci-dessus, la température d'évaporation de l'alcool est plus basse, ce qui signifie qu'il s'évapore plus rapidement.
- La deuxième chose dont dépend l'évaporation est la température ambiante et le point d'ébullition de la substance évaporée. Plus le premier est élevé et plus le second est bas, plus le liquide peut l'atteindre rapidement et passer à l'état gazeux. C'est pourquoi, lors de l'exécution de certains réactions chimiques avec la participation de l'évaporation, les substances sont spécialement chauffées.
- Une autre condition dont dépend l'évaporation est la surface de la substance à partir de laquelle elle se produit. Plus il est grand, plus le processus est rapide. Considérant divers exemples d'évaporation, on peut à nouveau penser au thé. Il est souvent versé dans une soucoupe pour refroidir. Là, la boisson s'est refroidie plus rapidement, car la surface du liquide a augmenté (le diamètre de la soucoupe est plus grand que le diamètre de la tasse).
- Et encore du thé. Une autre façon de le refroidir plus rapidement est connue - souffler dessus. Comment pouvez-vous remarquer que la présence de vent (mouvement de l'air) est quelque chose dont dépend également l'évaporation. Plus la vitesse du vent est élevée, plus les molécules liquides se transformeront rapidement en vapeur.
- La pression atmosphérique affecte également l'intensité de l'évaporation : plus elle est faible, plus les molécules passent rapidement d'un état à un autre.
Condensation et désublimation
Une fois transformées en vapeur, les molécules ne cessent de bouger. Dans un nouvel état d'agrégation, ils commencent à entrer en collision avec des molécules d'air. De ce fait, ils peuvent parfois revenir à un état liquide (condensation) ou solide (désublimation).
Lorsque les processus d'évaporation et de condensation (désublimation) sont équivalents l'un à l'autre, on parle d'équilibre dynamique. Si une substance gazeuse est en équilibre dynamique avec son liquide de composition similaire, elle est appelée vapeur saturée.
L'évaporation et l'homme
Considérant divers exemples d'évaporation, on ne peut que rappeler l'effet de ce processus sur le corps humain.
Comme vous le savez, à une température corporelle de 42,2 ° C, la protéine du sang humain se replie, ce qui entraîne la mort. Le corps humain peut s'échauffer non seulement en raison d'une infection, mais également lors d'un travail physique, d'une activité sportive ou d'un séjour dans une pièce chaude.
Le corps parvient à maintenir une température acceptable pour une vie normale, grâce au système d'auto-refroidissement - la transpiration. Si la température corporelle augmente, la sueur est libérée à travers les pores de la peau, puis elle s'évapore. Ce processus aide à "brûler" l'excès d'énergie et aide à refroidir le corps et à normaliser sa température.
C'est d'ailleurs pour cette raison qu'il ne faut pas croire inconditionnellement aux publicités qui présentent la sueur comme la principale catastrophe. la société moderne et essayer de vendre à des acheteurs naïfs toutes sortes de substances pour s'en débarrasser. Il est impossible de faire moins transpirer le corps sans perturber son fonctionnement normal, et un bon déodorant ne peut que masquer mauvaise odeur sueur. Par conséquent, en utilisant des antisudorifiques, diverses poudres et poudres, vous pouvez causer des dommages irréparables au corps. Après tout, ces substances obstruent les pores ou rétrécissent les canaux excréteurs des glandes sudoripares, ce qui signifie qu'elles privent le corps de la capacité de contrôler sa température. Dans les cas où l'utilisation d'antitranspirants est encore nécessaire, vous devez d'abord consulter votre médecin.
Le rôle de l'évaporation dans la vie végétale
Comme vous le savez, non seulement une personne est composée à 70% d'eau, mais aussi des plantes, et certaines, comme les radis, sont composées à 90% d'eau. Par conséquent, l'évaporation est également importante pour eux.
L'eau est l'une des principales sources de substances utiles (et aussi nocives) qui pénètrent dans le corps de la plante. Cependant, pour que ces substances soient absorbées, il est nécessaire lumière du soleil. Mais par temps chaud, le soleil peut non seulement chauffer la plante, mais aussi la surchauffer, la détruisant ainsi.
Pour éviter que cela ne se produise, les représentants de la flore sont capables de s'auto-refroidir (similaire au processus humain de transpiration). En d'autres termes, lorsqu'elles sont surchauffées, les plantes évaporent l'eau et se refroidissent ainsi. Par conséquent, une grande attention est accordée à l'arrosage des jardins et des vergers en été.
Comment l'évaporation est-elle utilisée dans l'industrie et à la maison
Pour les produits chimiques et Industrie alimentaire l'évaporation est un processus indispensable. Comme mentionné ci-dessus, cela aide non seulement à déshydrater de nombreux produits (à en évaporer l'humidité), ce qui augmente leur durée de conservation; mais aide également à produire des produits diététiques idéaux (moins de poids et de calories, avec une teneur plus élevée en nutriments).
De plus, l'évaporation (en particulier la sublimation) est utilisée pour purifier diverses substances.
Un autre domaine d'application est la climatisation.
N'oubliez pas la médecine. Après tout, le processus d'inhalation (inhalation de vapeur saturée préparations médicales) est également basé sur le processus d'évaporation.
Fumées dangereuses
Cependant, comme tout processus, il a aussi ses inconvénients. Après tout, se transformer en vapeur et être inhalé par des personnes et des animaux peut non seulement matériel utile mais aussi mortel. Et le plus triste, c'est qu'ils sont invisibles, ce qui signifie qu'une personne ne sait pas toujours qu'elle a été exposée à une toxine. C'est pourquoi il vaut la peine d'éviter de se passer de masques et de combinaisons de protection dans les usines et les entreprises travaillant avec des substances dangereuses.
Malheureusement, fumées nocives ils peuvent regarder à la maison. Après tout, si les meubles, le papier peint, le linoléum ou d'autres articles sont faits de matériaux bon marché avec des violations de la technologie, ils sont capables de libérer des toxines dans l'air, ce qui « empoisonnera » progressivement leurs propriétaires. Par conséquent, lors de l'achat de quelque chose, il vaut la peine de consulter le certificat de qualité des matériaux à partir desquels il est fabriqué.
Dans cette leçon, nous étudierons les notions d'évaporation et de condensation. Ces deux procédés se retrouvent partout : séchage des vêtements, rosée, cuisson. Nous examinerons les facteurs qui affectent l'évaporation et la condensation, et examinerons divers exemples.
Sujet : États agrégés de la matière
Leçon : Évaporation. Absorption d'énergie lors de l'évaporation d'un liquide et sa libération lors de la condensation de vapeur
Dans cette leçon, nous aborderons la problématique liée à l'évaporation, ainsi que l'absorption d'énergie lors de l'évaporation d'un liquide et la libération d'énergie lors de la condensation de vapeur.
Dans les leçons précédentes, nous avons abordé divers processus et, en particulier, parlé de la fusion, du chauffage des corps, de la solidification ou de la cristallisation des corps.
Aujourd'hui, nous allons examiner les processus de formation de vapeur (un type de gaz) ou de gaz.
Rappelons le schéma selon lequel se déroulent divers processus de transformation d'états agrégés (Fig. 1).
Riz. une.
vaporisation peut se produire de deux manières : ébullition et évaporation. En règle générale, la première méthode est indiquée - ébullition.
Dans la leçon d'aujourd'hui, nous allons examiner de plus près la deuxième méthode de vaporisation : l'évaporation.
Définition
Évaporation - c'est la transformation ou la transition d'un liquide en gaz (vapeur) à partir de la surface libre du liquide. C'est-à-dire lorsque la surface du liquide est ouverte et que la transition d'une substance d'un état liquide à un état gazeux commence à partir de la surface.
Rappelons, pour commencer, un schéma qui montre une image des transformations d'un état de la matière en un autre état.
Un tableau qui décrit les noms des processus de transition entre états agrégés substances ressemble à ceci :
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Nom |
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liquide solide |
Fusion |
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liquide solide |
Durcissement (cristallisation) |
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liquide gazeux |
vaporisation |
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liquide gazeux |
Condensation |
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solide gazeux |
Sublimation |
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solide gazeux |
désublimation |
Le processus d'évaporation ne se produit pas instantanément, nous disons donc que l'évaporation est un processus continu et, par conséquent, l'évaporation d'un liquide se produit sur une période de temps.
Comment se passe l'évaporation ?
Considérez la surface d'un liquide. Nous savons qu'un liquide est composé d'atomes et de molécules en mouvement constant. En conséquence, il peut y avoir une telle particule d'une substance donnée, dans laquelle la vitesse (et, par conséquent, l'énergie) sera suffisamment grande pour surmonter l'attraction de ses voisins et laisser le liquide, c'est-à-dire passer à l'état gazeux. Par conséquent, on dit que l'évaporation se produit à partir de la surface libre.
Considérez les facteurs qui affectent l'évaporation (en particulier, son taux).
1. La structure de la matière
Tout d'abord, l'évaporation est associée à la structure de la substance elle-même. Nous pouvons donner l'exemple suivant : prenez deux serviettes en papier, humidifiez une serviette avec de l'eau et l'autre avec de l'éther. Vous remarquerez peut-être que la serviette humidifiée avec de l'éther sèche beaucoup plus rapidement. Cela s'explique par le fait que la force d'interaction entre les molécules d'éther est bien inférieure à la force d'interaction entre les molécules d'eau. Et donc l'évaporation se produit plus rapidement dans l'éther.
2. Superficie
La surface libre du liquide joue un rôle très important : si la surface est suffisamment grande, alors le nombre de particules sortant du liquide sera bien sûr plus important, auquel cas l'évaporation se produira plus rapidement. Nous pouvons donner un tel exemple: si vous versez de l'eau dans une soucoupe et versez la même quantité d'eau dans un verre, l'évaporation de la soucoupe se produira beaucoup plus rapidement (Fig. 2). Autre exemple : chacun sait que le linge, avant d'être suspendu pour sécher, est secoué et lissé. Dans ce cas, la zone de lavage augmente, respectivement, la zone d'évaporation augmente également et le processus d'évaporation lui-même est plus rapide.
Riz. 2. Soucoupe et verre d'eau () ()
3. Température
Un autre phénomène qui affecte l'évaporation est le changement de température. Plus la température est élevée, plus l'évaporation est rapide. C'est-à-dire qu'en chauffant le corps, nous pouvons augmenter la vitesse du processus d'évaporation, l'accélérer ou, au contraire, si nous abaissons la température, le processus d'évaporation ralentira. Cela s'explique par le fait qu'avec l'augmentation de la température, la vitesse de déplacement des particules augmente. Et comme la vitesse de déplacement augmente, davantage de particules peuvent quitter le liquide et passer à l'état gazeux.
Puisque le mouvement des particules est continu, le processus d'évaporation est également continu. Étant donné que le mouvement des particules ne s'arrête à aucune température, l'évaporation peut se produire à presque n'importe quelle température. Par conséquent, l'évaporation se produit même à basse température. Par exemple, les flaques extérieures s'assèchent non seulement en été lorsqu'il fait chaud, mais aussi en automne lorsqu'il fait froid (Fig. 3). Seule la vitesse de séchage des flaques diffère.
La question se pose : que peut-on dire de l'énergie du liquide lors de l'évaporation ? Puisque les particules les plus rapides quittent le liquide, elles ont plus d'énergie cinétique. Par conséquent, en général, l'énergie du liquide qui s'évapore diminue. Cela peut s'expliquer par l'exemple suivant : prenons quelques personnes, construisons-les en ligne et mesurons-les de taille moyenne. Ensuite, nous supprimerons les plus grands de ce système et mesurerons à nouveau la hauteur moyenne. En conséquence, assez logiquement, une valeur plus faible sera obtenue. La même chose se produit avec l'énergie. Chaque fois que les particules les plus énergétiques quittent le liquide, l'énergie interne du liquide diminue.
Cependant, dans la vie, nous remarquons rarement ce refroidissement. A quoi est-ce lié ? Cela est dû au fait que le liquide communique avec les corps environnants, principalement, bien sûr, avec l'air, et donc, tout en se refroidissant, il reçoit simultanément de l'énergie des corps environnants, c'est-à-dire de l'air. Grâce à cet « échange de chaleur », la température est maintenue au même niveau. Et l'évaporation se produit avec approximativement la même intensité.
4. Vent
Le facteur suivant qui affecte l'évaporation est la présence de vent. Imaginez qu'un gaz se forme au-dessus de la surface d'un liquide. Le processus d'évaporation, comme nous l'avons découvert, se poursuit en continu. Mais le processus de retour des molécules dans le liquide se déroulera exactement de la même manière. Si le vent souffle, il emporte les molécules qui sont passées du liquide au gaz et ne leur permet pas de retourner dans le liquide. Dans ce cas, le processus d'évaporation est accéléré, c'est-à-dire que le taux d'évaporation augmente.
Il est également très important de noter que la soi-disant évaporation dans des récipients fermés se retrouve souvent dans la vie de tous les jours. Par exemple, si vous prenez une casserole dans laquelle il y a de l'eau, des gouttelettes d'eau se forment à la surface du couvercle à l'intérieur. Autrement dit, puisqu'il n'y a pas de vent à l'intérieur de la casserole, le processus d'évaporation et de retour des molécules dans le liquide se stabilise dans ce cas. Cet état est appelé équilibre dynamique.
Définition
équilibre dynamique- c'est l'état du système "vapeur - liquide", dans lequel le nombre de molécules qui ont quitté le liquide (transférées vers la vapeur) est égal au nombre de molécules qui sont revenues de la vapeur vers le liquide.
Si l'évaporation l'emporte sur le retour des particules dans le liquide, alors une telle vapeur qui se trouve au-dessus du liquide est appelée insaturé.
Une vapeur en équilibre dynamique avec son liquide est appelée riche.
En équilibre dynamique, la masse totale du système « vapeur - liquide » ne change pas : le nombre de molécules « sorties » de la surface du liquide est égal au nombre de molécules « revenues ». Par conséquent, en général, la masse de l'ensemble du système "vapeur - liquide" ne change pas.
En plus de l'évaporation, il existe également un processus inverse, appelé condensation (du latin - «j'épaississe»).
Autrement dit, la condensation est le processus de transition d'une vapeur (gaz) dans un liquide. Ce processus se produit toujours avec le dégagement de chaleur (puisque l'énergie interne de la substance diminue). C'est-à-dire que la température des corps environnants augmentera (le liquide transfère l'énergie excédentaire aux corps environnants).
La condensation se produit aussi continuellement que l'évaporation. Plus précisément, on peut dire que ces deux processus se produisent simultanément, en continu.
Ceci est confirmé, par exemple, par la formation de nuages, car les nuages sont un liquide condensé. La rosée qui tombe ou, par exemple, la pluie qui tombe sont tous des processus associés à la condensation.
Notez qu'il y a évaporation non seulement de la surface des liquides, mais aussi des solides. Il y a un bon exemple pour cela: si vous suspendez des vêtements mouillés dans la rue en hiver, ils gèleront, c'est-à-dire qu'ils seront recouverts d'une croûte de glace. Mais, au bout d'un moment, il s'avère que le linge est sec, c'est-à-dire que l'eau, même à l'état solide, a disparu quelque part. C'est le processus d'évaporation. corps solide, dans ce cas de la glace. Il y a des évaporations d'autres substances, par exemple le naphtalène. L'odeur de naphtalène que nous ressentons suggère que le naphtalène est également capable de s'évaporer.
Dans la prochaine leçon, nous examinerons les problèmes liés à un autre processus de transition d'un état liquide à un état gazeux - la vaporisation.
Bibliographie
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Devoirs
- P. 16, questions 1-8, ex. 9(1-7). Peryshkin A. V. Physique 8. - M.: Outarde, 2010.
- A quelle température l'eau s'évapore-t-elle ?
- Pourquoi les vêtements mouillés sèchent-ils plus vite au vent ?
- Pourquoi un liquide se refroidit-il en s'évaporant ?
Tout le monde sait que les vêtements mouillés sont plus froids que les vêtements secs, surtout lorsqu'il y a du vent. Il est également connu qu'en enveloppant un récipient avec de l'eau dans un chiffon humide et en l'exposant au vent par une journée chaude, nous refroidirons sensiblement l'eau dans le récipient. Parfois, dans le même but, dans les pays chauds, ils utilisent des récipients spéciaux à parois poreuses, à travers lesquels l'eau s'infiltre lentement, les gardant constamment humides. Ces observations montrent que l'évaporation provoque le refroidissement du liquide, et en même temps des corps environnants. Dans ce cas, la chaleur de vaporisation est empruntée au liquide lui-même.
Un refroidissement particulièrement fort est obtenu si l'évaporation se produit très rapidement, de sorte que le liquide qui s'évapore n'a pas le temps de recevoir la chaleur des corps environnants. Une évaporation rapide est facilement obtenue à partir de liquides volatils. Par exemple, lorsque l'éther ou le chlorure d'éthyle s'évapore, le refroidissement s'obtient facilement ci-dessous (fig. 490). Les médecins l'utilisent lorsqu'ils ont besoin de geler la peau du patient pour la rendre insensible à la douleur. Le refroidissement par évaporation peut également être observé dans l'expérience suivante. Deux billes de verre et sont reliées par un tube de verre courbé (cryophore, fig. 491). Les billes contiennent de l'eau et ses vapeurs, l'air est évacué. La balle C est placée dans un mélange réfrigérant (un mélange de neige et de sel). Ensuite, l'eau dans le ballon gèle. La raison en est la suivante. Le refroidissement de la balle provoque une condensation accrue des vapeurs qu'elle contient. En conséquence, l'eau du ballon s'évapore et se refroidit donc. La température baisse tellement que l'eau du ballon gèle.
Riz. 490. En soufflant de l'air à travers un tube, c'est-à-dire en accélérant l'évaporation de l'éther, il est possible de faire geler l'eau au fond du tube à essai.
Riz. 491. Lorsque le ballon est refroidi, l'eau qu'il contient gèle.
Le refroidissement lors de l'évaporation et le dégagement de chaleur lors de la condensation des vapeurs jouent un rôle extrêmement important dans la nature, provoquant la modération du climat des pays côtiers. Notez que l'évaporation de la sueur de la peau des humains et des animaux est la façon dont le corps régule la température corporelle. Pendant la chaleur, la peau transpire et l'évaporation de la sueur la refroidit.
296.1. Pourquoi est-il difficile de supporter la chaleur dans des vêtements en caoutchouc ?
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296.3. Il s'agit de deux verres de même forme et taille, l'un en métal et l'autre en porcelaine. Verser dans des verres le même numéro arrosez et laissez-les longtemps dans la pièce. La température de l'eau dans les verres est-elle la même ?
L'évaporation d'un liquide se produit à n'importe quelle température et plus elle est rapide, plus la température est élevée, plus de zone la surface libre du liquide qui s'évapore et les vapeurs formées au-dessus du liquide sont éliminées plus rapidement.
A une certaine température, en fonction de la nature du liquide et de la pression sous laquelle il se trouve, la vaporisation commence dans toute la masse du liquide. Ce processus est appelé ébullition.
Il s'agit d'un processus de vaporisation intense non seulement à partir de la surface libre, mais également dans la masse du liquide. Des bulles remplies de vapeur saturée se forment dans le volume. Ils s'élèvent sous l'action d'une force flottante et se brisent en surface. Les centres de leur formation sont les plus petites bulles de gaz étrangers ou de particules de diverses impuretés.
Si la bulle a des dimensions de l'ordre de plusieurs millimètres ou plus, alors le deuxième terme peut être négligé et, par conséquent, pour de grosses bulles à pression extérieure constante, le liquide bout lorsque la pression vapeur saturée dans les bulles devient égale à la pression extérieure.
À la suite d'un mouvement chaotique au-dessus de la surface du liquide, la molécule de vapeur, tombant dans la sphère d'action forces moléculaires, retourne au liquide. Ce processus est appelé condensation.
Évaporation et ébullition
L'évaporation et l'ébullition sont deux façons dont un liquide se transforme en gaz (vapeur). Le processus d'une telle transition est appelé vaporisation. Autrement dit, l'évaporation et l'ébullition sont des méthodes de vaporisation. Il existe des différences importantes entre ces deux méthodes.
L'évaporation ne se produit qu'à partir de la surface du liquide. C'est le résultat du fait que les molécules de tout liquide sont constamment en mouvement. De plus, la vitesse des molécules est différente. Des molécules ayant une vitesse suffisamment élevée, une fois à la surface, peuvent vaincre la force d'attraction d'autres molécules et se retrouver dans l'air. Les molécules d'eau, qui sont séparément dans l'air, forment simplement de la vapeur. Il est impossible de voir avec les yeux des couples. Ce que nous voyons comme un brouillard d'eau est déjà le résultat de la condensation (le processus inverse de la vaporisation), lorsque la vapeur s'accumule sous forme de minuscules gouttelettes lors du refroidissement.
À la suite de l'évaporation, le liquide lui-même se refroidit, au fur et à mesure que les molécules les plus rapides le quittent. Comme vous le savez, la température est simplement déterminée par la vitesse de déplacement des molécules d'une substance, c'est-à-dire leur énergie cinétique.
Le taux d'évaporation dépend de nombreux facteurs. Tout d'abord, cela dépend de la température du liquide. Plus la température est élevée, plus l'évaporation est rapide. Cela est compréhensible, car les molécules se déplacent plus rapidement, ce qui signifie qu'il leur est plus facile de s'échapper de la surface. Le taux d'évaporation dépend de la substance. Dans certaines substances, les molécules sont attirées plus fortement et, par conséquent, il est plus difficile de s'envoler, tandis que dans d'autres, elles sont plus faibles et, par conséquent, il est plus facile de quitter le liquide. L'évaporation dépend aussi de la surface, de la saturation de l'air en vapeur, du vent.
La chose la plus importante qui distingue l'évaporation de l'ébullition est que l'évaporation se produit à n'importe quelle température et qu'elle ne se produit qu'à partir de la surface du liquide.
Contrairement à l'évaporation, l'ébullition ne se produit qu'à une certaine température. Chaque substance à l'état liquide a son propre point d'ébullition. Par exemple, l'eau à pression atmosphérique normale bout à 100°C et l'alcool à 78°C. Cependant, à mesure que la pression atmosphérique diminue, le point d'ébullition de toutes les substances diminue légèrement.
Lorsque l'eau bout, l'air qu'elle contient est libéré. Étant donné que le récipient est généralement chauffé par le bas, la température dans les couches inférieures de l'eau est plus élevée et des bulles s'y forment d'abord. L'eau s'évapore dans ces bulles, et elles sont saturées de vapeur d'eau.
Comme les bulles sont plus légères que l'eau elle-même, elles montent. En raison du fait que les couches supérieures de l'eau ne se sont pas réchauffées jusqu'au point d'ébullition, les bulles se refroidissent et la vapeur qu'elles contiennent se condense en eau, les bulles deviennent plus lourdes et retombent.
Lorsque toutes les couches du liquide sont chauffées au point d'ébullition, les bulles ne descendent plus, mais remontent à la surface et éclatent. Deux d'entre eux sont dans les airs. Ainsi, lors de l'ébullition, le processus de vaporisation ne se produit pas à la surface du liquide, mais dans toute son épaisseur dans les bulles d'air formées. Contrairement à l'évaporation, l'ébullition n'est possible qu'à une certaine température.
Il faut comprendre que lorsqu'un liquide bout, l'évaporation habituelle de sa surface se produit également.
Qu'est-ce qui détermine la vitesse d'évaporation d'un liquide ?
Une mesure du taux d'évaporation est la quantité d'une substance qui s'envole par unité de temps à partir d'une unité de la surface libre du liquide. Physicien et chimiste anglais D. Dalton au début du XIXe siècle. ont constaté que le taux d'évaporation est proportionnel à la différence entre la pression de vapeur saturée à la température du liquide qui s'évapore et la pression réelle de la vapeur réelle qui existe au-dessus du liquide. Si le liquide et la vapeur sont en équilibre, alors le taux d'évaporation est nul. Plus précisément, cela se produit, mais le processus inverse se produit également à la même vitesse - condensation(passage d'une substance d'un état gazeux ou vaporeux à un état liquide). Le taux d'évaporation dépend aussi du fait qu'il se produit dans une atmosphère calme ou en mouvement ; sa vitesse augmente si la vapeur résultante est soufflée par un courant d'air ou pompée.
Si l'évaporation se produit à partir d'une solution liquide, différentes substances s'évaporent avec vitesse différente. Le taux d'évaporation d'une substance donnée diminue avec l'augmentation de la pression des gaz étrangers, tels que l'air. Par conséquent, l'évaporation dans le vide se produit au taux le plus élevé. Au contraire, en ajoutant un gaz inerte étranger au récipient, l'évaporation peut être considérablement ralentie.
Parfois, l'évaporation est aussi appelée sublimation, ou sublimation, c'est-à-dire la transition d'un solide à un état gazeux. Presque tous leurs modèles sont vraiment similaires. La chaleur de sublimation est supérieure à la chaleur de vaporisation d'environ la chaleur de fusion.
Ainsi, le taux d'évaporation dépend de:
- Sorte de liquide. Le liquide s'évapore plus rapidement, dont les molécules sont attirées les unes vers les autres avec moins de force. En effet, dans ce cas, pour vaincre l'attraction et s'envoler du liquide peut Suite molécules.
- L'évaporation se produit d'autant plus vite que la température du liquide est élevée. Plus la température du liquide est élevée, plus le nombre de molécules en mouvement rapide qui peuvent surmonter les forces d'attraction des molécules environnantes et s'envoler de la surface du liquide est élevé.
- La vitesse d'évaporation d'un liquide dépend de sa surface. Cette raison s'explique par le fait que le liquide s'évapore de la surface et que plus la surface du liquide est grande, plus le nombre de molécules qui s'envolent simultanément dans l'air est grand.
- L'évaporation du liquide se produit plus rapidement avec le vent. Simultanément à la transition des molécules du liquide à la vapeur, le processus inverse se produit également. Se déplaçant au hasard au-dessus de la surface du liquide, certaines des molécules qui l'ont quitté y reviennent. Par conséquent, la masse du liquide dans un récipient fermé ne change pas, bien que le liquide continue à s'évaporer.
conclusions
On dit que l'eau s'évapore. mais qu'est ce que ça veut dire? L'évaporation est le processus par lequel un liquide dans l'air devient rapidement un gaz ou une vapeur. De nombreux liquides s'évaporent très rapidement, beaucoup plus rapidement que l'eau. Ceci s'applique à l'alcool, à l'essence, à l'ammoniac. Certains liquides, comme le mercure, s'évaporent très lentement.
Qu'est-ce qui cause l'évaporation? Pour comprendre cela, il faut comprendre quelque chose sur la nature de la matière. À notre connaissance, chaque substance est composée de molécules. Deux forces agissent sur ces molécules. L'un d'eux est la cohésion qui les rapproche les uns des autres. L'autre est le mouvement thermique des molécules individuelles, qui les fait voler en éclats.
Si la force d'adhérence est plus élevée, la substance reste à l'état solide. Si, cependant, le mouvement thermique est si fort qu'il dépasse la cohésion, alors la substance devient ou est un gaz. Si les deux forces sont approximativement équilibrées, alors nous avons un liquide.
L'eau, bien sûr, est un liquide. Mais à la surface du liquide, il y a des molécules qui se déplacent si vite qu'elles surmontent la force de cohésion et s'envolent dans l'espace. Le processus d'échappement des molécules s'appelle l'évaporation.
Pourquoi l'eau s'évapore-t-elle plus vite lorsqu'elle est au soleil ou chauffée ? Plus la température est élevée, plus le mouvement thermique dans le liquide est intense. Cela signifie que de plus en plus de molécules prennent suffisamment de vitesse pour s'envoler. Lorsque les molécules les plus rapides s'envolent, la vitesse des molécules restantes ralentit en moyenne. Pourquoi le liquide restant est-il refroidi par évaporation.
Ainsi, lorsque l'eau s'assèche, cela signifie qu'elle s'est transformée en gaz ou en vapeur et qu'elle est devenue une partie de l'air.
Se produisant à partir de la surface libre d'un liquide.
Sublimation, ou sublimation, c'est-à-dire le passage d'une substance d'un état solide à un état gazeux est aussi appelé évaporation.
Il est connu des observations quotidiennes que la quantité de tout liquide (essence, éther, eau) dans un récipient ouvert diminue progressivement. Le liquide ne disparaît pas sans laisser de trace - il se transforme en vapeur. L'évaporation est l'un des vaporisation. L'autre type est en ébullition.
mécanisme d'évaporation.
Comment se passe l'évaporation ? Les molécules de tout liquide sont en mouvement continu et aléatoire, et plus la température du liquide est élevée, plus énergie cinétique molécules. La valeur moyenne de l'énergie cinétique a une certaine valeur. Mais pour chaque molécule, l'énergie cinétique peut être supérieure ou inférieure à la moyenne. Si une molécule avec une énergie cinétique suffisante pour vaincre les forces d'attraction intermoléculaire se trouve près de la surface, elle s'envolera hors du liquide. La même chose se répète avec une autre molécule rapide, avec la deuxième, la troisième, etc. En s'envolant, ces molécules forment de la vapeur au-dessus du liquide. La formation de cette vapeur est l'évaporation.
Absorption d'énergie lors de l'évaporation.
Étant donné que des molécules plus rapides s'échappent du liquide lors de l'évaporation, l'énergie cinétique moyenne des molécules restant dans le liquide devient de plus en plus petite. Cela signifie que l'énergie interne du liquide qui s'évapore diminue. Par conséquent, s'il n'y a pas de flux d'énergie vers le liquide depuis l'extérieur, la température du liquide qui s'évapore diminue, le liquide se refroidit (c'est pourquoi, notamment, il fait plus froid pour une personne portant des vêtements mouillés que pour des vêtements secs, surtout lorsque il y a du vent).
Cependant, lorsque l'eau versée dans un verre s'évapore, on ne constate pas de diminution de sa température. Comment cela peut-il être expliqué? Le fait est que l'évaporation dans ce cas se produit lentement et que la température de l'eau est maintenue constante en raison de l'échange de chaleur avec l'air ambiant, d'où quantité requise chaleur. Cela signifie que pour que le liquide s'évapore sans changer sa température, de l'énergie doit être transmise au liquide.
La quantité de chaleur qui doit être transmise à un liquide pour former une unité de masse de vapeur à température constante est appelée chaleur de vaporisation.
Le taux d'évaporation du liquide.
Contrairement à ébullition, l'évaporation se produit à n'importe quelle température, cependant, avec une augmentation de la température du liquide, le taux d'évaporation augmente. Plus la température du liquide est élevée, plus les molécules en mouvement rapide ont suffisamment d'énergie cinétique pour surmonter les forces d'attraction des particules voisines et s'envoler hors du liquide, et plus l'évaporation se produit rapidement.
Le taux d'évaporation dépend du type de liquide. Les liquides volatils s'évaporent rapidement, dans lesquels les forces d'interaction intermoléculaire sont faibles (par exemple, l'éther, l'alcool, l'essence). Si nous laissons tomber un tel liquide sur notre main, nous aurons froid. En s'évaporant de la surface de la main, un tel liquide se refroidira et en retirera un peu de chaleur.
La vitesse d'évaporation d'un liquide dépend de l'aire de sa surface libre. Cela est dû au fait que le liquide s'évapore de la surface et que plus la surface libre du liquide est grande, plus le nombre de molécules qui volent simultanément dans l'air est élevé.
Dans un récipient ouvert, la masse de liquide diminue progressivement en raison de l'évaporation. Cela est dû au fait que la plupart des molécules de vapeur se dissipent dans l'air sans retourner dans le liquide (contrairement à ce qui se passe dans un récipient fermé). Mais une petite partie d'entre eux retourne dans le liquide, ralentissant ainsi l'évaporation. Par conséquent, avec le vent, qui emporte les molécules de vapeur, l'évaporation du liquide se produit plus rapidement.
L'utilisation de l'évaporation dans la technologie.
L'évaporation joue un rôle important dans l'énergie, réfrigération, dans les procédés de séchage, refroidissement par évaporation. Par exemple, dans la technologie spatiale, les véhicules de descente sont recouverts de substances à évaporation rapide. En traversant l'atmosphère de la planète, le corps de l'appareil s'échauffe sous l'effet du frottement et la substance qui le recouvre commence à s'évaporer. En s'évaporant, il refroidit l'engin spatial, l'épargnant ainsi de la surchauffe.
Condensation.
Condensation(de lat. condensation- compactage, épaississement) - le passage d'une substance d'un état gazeux (vapeur) à un état liquide ou solide.
On sait qu'en présence de vent, le liquide s'évapore plus vite. Pourquoi? Le fait est que simultanément avec l'évaporation de la surface liquide va et condensation. La condensation se produit du fait qu'une partie des molécules de vapeur, se déplaçant de manière aléatoire sur le liquide, y retourne à nouveau. Le vent emporte les molécules qui se sont envolées du liquide et ne leur permet pas de revenir.
La condensation peut également se produire lorsque la vapeur n'est pas en contact avec le liquide. C'est la condensation qui explique, par exemple, la formation des nuages : les molécules de vapeur d'eau s'élevant au-dessus de la terre dans les couches plus froides de l'atmosphère se regroupent en minuscules gouttelettes d'eau dont les accumulations sont des nuages. La condensation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère provoque également la pluie et la rosée.
Lors de l'évaporation, le liquide se refroidit et, devenant plus froid que l'environnement, commence à absorber son énergie. A l'inverse, lors de la condensation, une certaine quantité de chaleur est dégagée dans le environnement, et sa température augmente légèrement. La quantité de chaleur dégagée lors de la condensation d'une unité de masse est égale à la chaleur d'évaporation.