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 la normale pression atmosphérique 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.
Dans la nature, la technologie et la vie quotidienne, nous observons souvent la transformation de corps liquides et solides en un état gazeux. Par une belle journée d'été, les flaques d'eau laissées après la pluie, le linge mouillé s'assèchent rapidement. En diminuant avec le temps, des morceaux de neige carbonique disparaissent, des morceaux de naphtalène «fondent», avec lesquels on verse des choses en laine, etc. Dans tous ces cas, on observe une vaporisation - la transition des substances à l'état gazeux - la vapeur.
Un liquide peut passer à l'état gazeux de deux manières : l'évaporation et l'ébullition. L'évaporation se produit à partir d'une surface libre ouverte qui sépare le liquide du gaz, par exemple, de la surface d'un récipient ouvert, de la surface d'un réservoir, etc. L'évaporation se produit à n'importe quelle température, mais pour tout liquide dont la température augmente, sa vitesse augmente. Le volume occupé par une masse de matière donnée augmente brusquement lors de l'évaporation.
Deux cas principaux doivent être distingués. Le premier est lorsque l'évaporation se produit dans un récipient fermé et que la température à tous les points du récipient est la même. Par exemple, l'eau s'évapore à l'intérieur d'une chaudière à vapeur ou dans une bouilloire avec un couvercle si la température de l'eau et de la vapeur est inférieure au point d'ébullition. Dans ce cas, le volume de vapeur généré est limité par l'espace de la cuve. La pression de vapeur atteint une certaine valeur limite à laquelle elle est en équilibre thermique avec le liquide ; une telle vapeur est appelée saturée et sa pression est appelée pression de vapeur.
Le deuxième cas est celui où l'espace au-dessus du liquide n'est pas fermé ; c'est ainsi que l'eau s'évapore de la surface de l'étang. Ici, l'équilibre n'est presque jamais atteint et la vapeur n'est pas saturée, et le taux d'évaporation dépend de nombreux facteurs.
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. John Dalton, physicien et chimiste anglais, a découvert au début du XIXe siècle 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, le taux d'évaporation est nul. Justement, cela se produit, mais le processus inverse, la condensation, se produit également à la même vitesse. 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 par une pompe.
Si l'évaporation se produit à partir d'une solution liquide, différentes substances s'évaporent à des vitesses différentes. Le taux d'évaporation d'une substance donnée diminue avec l'augmentation de la pression des gaz spatiaux, 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 fortement ralentie. .
Lors de l'évaporation, les molécules s'échappant du liquide doivent vaincre l'attraction des molécules voisines et faire travailler contre les forces de tension superficielle les retenant dans la couche superficielle. Par conséquent, pour que l'évaporation se produise, de la chaleur doit être communiquée à la substance qui s'évapore, en la puisant dans le stock d'énergie interne du liquide lui-même, ou en la retirant des corps environnants. La quantité de chaleur qui doit être conférée à un liquide à une température et une pression données afin de le convertir en vapeur à cette température et à cette pression est appelée la chaleur de vaporisation. La pression de vapeur augmente avec l'augmentation de la température, plus elle est forte, plus la chaleur d'évaporation est élevée.
Si le liquide qui s'évapore ne fournit pas de chaleur de l'extérieur, ou s'il n'est pas suffisant pour la fournir, alors le liquide se refroidit. En forçant un liquide placé dans une cuve à parois non conductrices de chaleur à s'évaporer intensivement, il est possible d'obtenir un refroidissement important. Selon la théorie cinétique, lors de l'évaporation, des molécules plus rapides s'échappent de la surface du liquide, l'énergie moyenne des molécules restant dans le liquide diminue.
L'évaporation s'accompagne d'une diminution de la quantité d'une substance et d'une diminution de sa température. Lorsqu'un liquide s'évapore, certaines des molécules les plus rapides peuvent s'envoler de la couche de surface. Ces molécules ont une énergie cinétique supérieure ou égale au travail qui doit être fait contre les forces de cohésion qui les maintiennent dans le liquide. Dans ce cas, la température du liquide, déterminée vitesse moyenne mouvement aléatoire des molécules, diminue. Une diminution de la température du liquide indique que l'énergie interne du liquide qui s'évapore diminue. Une partie de cette énergie est dépensée pour surmonter les forces de cohésion et pour que la vapeur en expansion travaille contre la pression extérieure. D'autre part, il y a une augmentation de l'énergie interne de la partie de la substance qui s'est transformée en vapeur en raison d'une augmentation de la distance entre les molécules de vapeur par rapport à la distance entre les molécules de liquide. Par conséquent, l'énergie interne d'une unité de masse de vapeur est supérieure à l'énergie interne d'une unité de masse de liquide à la même température.
Parfois, l'évaporation est également appelée sublimation, ou sublimation, c'est-à-dire la transition d'un état solide à un état gazeux, en contournant l'étape liquide. Presque tous leurs modèles sont vraiment similaires. La chaleur de sublimation est supérieure à la chaleur de vaporisation d'environ la chaleur de fusion.
A des températures inférieures au point de fusion, la pression vapeurs saturées la plupart des solides sont très peu nombreux et leur évaporation est pratiquement absente. Il existe cependant des exceptions. Ainsi, l'eau à 0 ° C a une pression de vapeur saturante de 4,58 mm Hg et la glace à - 1 ° C - 4,22 mm Hg. et même à - 10°C - 1,98 mm Hg.
Cette pression de vapeur d'eau relativement importante explique l'évaporation facilement observable glace solide, en particulier le fait bien connu de sécher le linge humide à froid. Évaporation corps solide peut également être observé dans l'évaporation glace artificielle, naphtalène, neige.
Le phénomène d'évaporation est à la base de la distillation, l'une des méthodes les plus courantes du génie chimique. La distillation est le processus de séparation des mélanges liquides à plusieurs composants par évaporation partielle et condensation ultérieure des vapeurs. À la suite de ce processus, les mélanges liquides sont séparés en fractions distinctes qui diffèrent par leur composition et leurs points d'ébullition.
Phénomène physique - ébullition
La deuxième méthode de vaporisation est l'ébullition, qui, contrairement à l'évaporation, se caractérise par le fait que la formation de vapeur se produit non seulement à la surface, mais dans toute la masse du liquide. L'ébullition devient possible si la pression de vapeur saturante du liquide est rendue égale à la pression externe. Par conséquent, un liquide donné, étant sous une pression extérieure donnée, bout à une température bien définie. Typiquement, le point d'ébullition est donné pour la pression atmosphérique. Par exemple, l'eau à pression atmosphérique bout à 373 K ou 100°C.
Différence de température d'ébullition diverses substances trouve une application dans la technologie pour la soi-disant distillation de mélanges, dont les composants diffèrent considérablement par leur point d'ébullition, par exemple pour la distillation de produits pétroliers.
La dépendance du point d'ébullition à la pression s'explique par le fait que la pression externe empêche la croissance de bulles de vapeur à l'intérieur du liquide.Par conséquent, à pression élevée, le liquide bout à une température plus élevée. Lorsque la pression change, le point d'ébullition change sur une plage plus large que le point de fusion.
L'ébullition est type particulier vaporisation, autre que l'évaporation. Signes extérieurs bouillante : sur les parois du récipient apparaissent un grand nombre de petites bulles; le volume des bulles augmente et la force de levage commence à affecter; à l'intérieur du liquide il y a des mouvements plus ou moins violents et irréguliers des bulles. Des bulles éclatent à la surface Le processus de flottement, de destruction de bulles remplies d'air et de vapeur à la surface d'un liquide se caractérise par l'ébullition. Les liquides ont leur propre point d'ébullition.
Les bulles qui se forment lorsqu'un liquide bout se forment plus facilement sur des bulles d'air ou d'autres gaz normalement présents dans le liquide. Ces bulles - centres d'ébullition - collent souvent aux parois du récipient, donc l'ébullition commence plus tôt au niveau des parois.
Les bulles d'air contiennent de la vapeur d'eau. En raison des nombreuses bulles, la surface d'évaporation du liquide augmente fortement. La formation de vapeur se produit dans tout le volume de la cuve. D'où et les caractéristiquesébullition: bouillonnement, forte augmentation de la quantité de vapeur, arrêt de la montée en température jusqu'à ébullition complète.
Mais si le liquide est exempt de gaz, la formation de bulles de vapeur est difficile. Un tel liquide peut être surchauffé, c'est-à-dire chauffé au-dessus du point d'ébullition sans bouillir. Si une quantité insignifiante de gaz ou de particules solides, à la surface desquelles de l'air a adhéré, est introduite dans un tel liquide surchauffé, il bouillira instantanément de manière explosive. La température du liquide chute alors jusqu'au point d'ébullition. De tels phénomènes peuvent provoquer des explosions de chaudières à vapeur, ils doivent donc être évités. En 1924, F. Kendrick et ses collaborateurs ont réussi à chauffer de l'eau liquide jusqu'à 270°C à pression atmosphérique normale. A cette température, la pression d'équilibre de la vapeur d'eau est de 54 atm. Il résulte de ce qui précède que les processus d'ébullition peuvent être contrôlés en augmentant ou en diminuant la pression, ainsi qu'en réduisant le nombre de "graines". La recherche moderne a montré que, idéalement, l'eau est chauffée à environ 300 ° C, après quoi elle devient instantanément trouble et explose avec la formation d'un mélange vapeur-eau en expansion rapide.
Ainsi, l'ébullition, comme l'évaporation, est une vaporisation. L'évaporation se produit à partir de la surface d'un liquide à n'importe quelle température et n'importe quelle pression externe, et l'ébullition est la vaporisation dans tout le volume d'un liquide à une température déterminée pour chaque substance, en fonction de la pression externe.
Pour que la température du liquide qui s'évapore ne change pas, certaines quantités de chaleur doivent être fournies au liquide. Quantité physique, montrant la quantité de chaleur nécessaire pour transformer un liquide d'une masse de 1 kg en vapeur sans changer la température est appelée la chaleur spécifique de vaporisation. Cette valeur est désignée par la lettre L, mesurée par J / kg. =J/kg
Condensation de vapeur - le processus inverse de vaporisation Le phénomène de vaporisation et de condensation explique le cycle de l'eau dans la nature, la formation de brouillard, de rosée.
La quantité de chaleur que la vapeur dégage lorsqu'elle se condense est déterminée par la même formule. =J
Il a été établi expérimentalement que, par exemple, chaleur spécifique la vaporisation de l'eau à 100°C est égale à 2,3 106 J/kg, c'est-à-dire que pour la transformation d'eau d'une masse de 1 kg en vapeur à un point d'ébullition de 100°C, il faut 2,3 106 J d'énergie.
L'humidité de l'air
En raison de toutes sortes d'évaporation, l'atmosphère de notre planète contient une énorme quantité de vapeur d'eau, en particulier dans les couches les plus proches de la terre. La présence de vapeur d'eau dans l'air est une condition nécessaire à l'existence de la vie sur le globe. Cependant, pour un animal flore l'air sec et trop humide est défavorable. Une humidité modérée crée condition nécessaire pour la vie et l'activité humaines normales. Une humidité excessive est nuisible à un certain nombre de processus de production, lors du stockage des produits et des matériaux. Comment évaluer le degré d'humidité de l'air, c'est-à-dire la quantité de vapeur d'eau qu'il contient ? Une telle évaluation est particulièrement importante pour faire une prévision météorologique, car la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère est l'un des facteurs les plus importants qui déterminent le temps. Sans connaître l'humidité de l'air, il est impossible de faire une prévision des conditions météorologiques, si nécessaire pour Agriculture, les transports, un certain nombre d'autres secteurs de l'économie nationale. Pour connaître la quantité de vapeur contenue dans l'air, il faut en principe faire passer un certain volume d'air à travers une substance qui absorbe la vapeur d'eau, et trouver ainsi la masse de vapeur contenue dans 1 m3 d'air.
La valeur mesurée par la quantité de vapeur d'eau contenue dans 1 cm3 d'air s'appelle l'humidité absolue de l'air. En d'autres termes, l'humidité absolue est mesurée par la densité de vapeur d'eau dans l'air.
En pratique, il est très difficile de mesurer la quantité de vapeur contenue dans 1 m3 d'air. Mais il s'est avéré que la valeur numérique de l'humidité absolue diffère peu de la pression partielle de vapeur d'eau dans les mêmes conditions, mesurée en millimètres de mercure. La pression partielle d'un gaz est beaucoup plus facile à mesurer, c'est pourquoi, en météorologie, l'humidité absolue de l'air est généralement appelée pression partielle de la vapeur d'eau qu'il contient à une température donnée, mesurée en millimètres de mercure.
Mais, connaissant l'humidité absolue de l'air, il est encore impossible de déterminer à quel point il est sec ou humide, car cette dernière dépend aussi de la température. Si la température est basse, une quantité donnée de vapeur d'eau dans l'air peut être très proche de la saturation, c'est-à-dire l'air sera humide. A une température plus élevée, la même quantité de vapeur d'eau est loin de la saturation et l'air est sec.
Pour juger du degré d'humidité de l'air, il est important de savoir si la vapeur d'eau qu'il contient est proche ou éloignée de la saturation. A cet effet, le concept d'humidité relative est introduit.
L'humidité relative est la valeur mesurée par le rapport de l'humidité absolue à la quantité de vapeur nécessaire pour saturer 1 m 3 d'air à cette température. Il est généralement exprimé en pourcentage. En d'autres termes, l'humidité relative de l'air indique quel pourcentage est l'humidité absolue de la densité de vapeur d'eau saturant l'air à une température donnée :
En météorologie, l'humidité relative est une quantité mesurée par le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau. Contenue dans l'air, la pression de vapeur d'eau sature l'air à la même température.
L'humidité relative dépend non seulement de l'humidité absolue, mais aussi de la température. Si la quantité de vapeur d'eau dans l'air ne change pas, l'humidité relative augmente avec la diminution de la température, car plus la température est basse, plus la vapeur d'eau est proche de la saturation. Pour calculer l'humidité relative, utilisez les valeurs indiquées dans les tableaux correspondants.
L'eau est un solvant
L'eau est un bon solvant. Les solutions sont appelées systèmes homogènes, constitué de molécules de solvant et de particules de soluté, entre lesquelles se produisent des interactions physiques et chimiques. Par exemple : le mélange mécanique est phénomène physique, le chauffage lors de la dissolution de l'acide sulfurique dans l'eau est un phénomène chimique.
Les suspensions sont des suspensions dans lesquelles de petites particules de matière solide sont uniformément réparties entre les molécules d'eau. Par exemple : un mélange d'argile et d'eau.
Les émulsions sont des suspensions dans lesquelles de petites gouttelettes d'un liquide sont uniformément réparties entre les molécules d'un autre liquide. Par exemple : agitation du kérosène, de l'essence et huile végétale avec de l'eau.
Une solution dans laquelle une substance donnée ne se dissout plus à une température donnée est dite saturée, et une solution dans laquelle une substance peut encore se dissoudre est dite insaturée.
La solubilité est déterminée par la masse d'une substance, la masse d'une substance susceptible d'être dissoute dans 1000 ml de solvant à une température donnée.
La fraction massique d'un soluté est le rapport de la masse du soluté à la masse de la solution.
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 l'énergie cinétique des molécules est élevée. Moyenne 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.
Lors de l'évaporation, des molécules quittent le liquide dont l'énergie cinétique est supérieure à leur énergie cinétique moyenne. Par conséquent, la valeur moyenne de l'énergie cinétique des molécules liquides restantes diminue. Et cela signifie une diminution de la température du liquide qui s'évapore. C'est pourquoi vous vous sentez au frais par une chaude journée d'été juste après la baignade. L'évaporation de l'eau de la surface du corps entraîne son refroidissement. On sait également que les vêtements mouillés sont plus froids que les vêtements secs, surtout lorsqu'il y a du vent. Un refroidissement très fort est obtenu si l'évaporation se produit rapidement. Avec l'évaporation rapide de l'éther à pression atmosphérique, un refroidissement en dessous de 0°C peut se produire. Il peut être trouvé comme ça. Versez un peu d'éther dans un verre à lunettes concave et posez-le sur une table humectée d'eau. Avec l'évaporation rapide de l'éther (l'évaporation est accélérée en soufflant de l'air sur l'éther), le verre gèle à la surface de la table. Le refroidissement par évaporation de liquides volatils est utilisé par les médecins lorsqu'il est nécessaire de geler la peau du patient afin de la rendre insensible à la douleur.
Dans les pays chauds, pour refroidir l'eau, on la conserve généralement dans des vases en terre poreuse. L'eau s'infiltrant à travers les pores du récipient s'évapore, refroidissant l'eau dans le récipient.
Si vous privez le liquide de la possibilité de s'évaporer, son refroidissement se produira beaucoup plus lentement. Rappelez-vous combien de temps la soupe grasse refroidit. Une couche de graisse à sa surface empêche la libération de molécules d'eau rapides. Le liquide s'évapore à peine et sa température baisse lentement (la graisse elle-même s'évapore extrêmement lentement, car ses grosses molécules sont plus fermement attachées les unes aux autres que les molécules d'eau).
Évaporation des solides
Évaporez non seulement les liquides, mais aussi les solides. Les molécules situées près de la surface d'un solide et ayant une énergie cinétique suffisante peuvent quitter le corps. Le processus de transition d'une substance d'un état solide directement à un état gazeux est appelé sublimation ou sublimation.
Par exemple, le naphtalène ou le camphre s'évaporent à température ambiante et à pression normale, en contournant l'état liquide. De la même manière, les cristaux de brome ou d'iode s'évaporent, surtout s'ils sont chauffés. La glace s'évapore également. Si le linge humide est étendu dans le froid, l'eau gèle, puis la glace s'évapore et le linge sèche.
Lorsque les liquides s'évaporent, ils se refroidissent lorsque les molécules les plus rapides quittent le liquide.
§ 6.2. Équilibre entre liquide et vapeur
L'état le plus intéressant d'un gaz est la vapeur saturée. Il est en équilibre avec le liquide.
Vapeur saturée
La quantité de liquide dans un récipient ouvert diminue continuellement en raison de l'évaporation. Mais si le navire est bien fermé, cela ne se produit pas, ce qui peut s'expliquer comme suit.
Au premier instant, après avoir versé le liquide dans le récipient et l'avoir fermé, le liquide s'évaporera et la densité de vapeur sur le liquide augmentera. Cependant, en même temps, le nombre de molécules retournant à la suite d'un mouvement thermique chaotique dans le liquide augmentera également. Plus la densité de vapeur est élevée, plus le nombre de ses molécules renvoyées dans le liquide est important. Dans un récipient ouvert, le tableau est différent : les molécules qui ont quitté le liquide peuvent ne pas y retourner.
Dans un récipient fermé, un état d'équilibre finit par s'établir : le nombre de molécules sortant de la surface du liquide devient égal au nombre de molécules de vapeur revenant au liquide dans le même temps. Un tel équilibre est dit dynamique ou mobile. Avec un équilibre dynamique entre un liquide et sa vapeur, l'évaporation du liquide et la condensation de la vapeur se produisent simultanément, et les deux processus se compensent en moyenne (Fig. 6.2).
La vapeur située dans en équilibre dynamique avec son liquide est appelée vapeur saturée. Ce nom souligne qu'un volume donné à une température donnée ne peut pas contenir plus de vapeur. Si l'air du récipient contenant le liquide est pompé, seule sa vapeur saturée sera au-dessus de la surface du liquide.
La vapeur saturée a, à une température donnée, le plus grand nombre de molécules par unité de volume (et donc la plus grande densité) et exerce la plus grande pression.
Comme dans tout autre liquide, il y en a, dont l'énergie leur permet de surmonter l'attraction intermoléculaire. Ces molécules accélèrent avec force et volent vers la surface. Par conséquent, si un verre d'eau est recouvert d'une serviette en papier, il deviendra un peu humide au bout d'un moment. Mais l'évaporation de l'eau dans des conditions différentes se déroule avec une intensité différente. Les principales caractéristiques physiques qui affectent la vitesse de ce processus et sa durée sont la densité de la substance, la température, la surface, la présence.Plus la densité de la substance est élevée, plus les molécules sont proches les unes des autres. Cela signifie qu'il leur est plus difficile de surmonter l'attraction intermoléculaire et qu'ils volent à la surface en nombre beaucoup plus petit. Si vous placez deux liquides avec des densités différentes (par exemple, de l'eau et du méthyle) dans les mêmes conditions, alors celui avec une densité plus faible s'évaporera plus rapidement. La densité de l'eau est de 0,99 g/cm3 et la densité du méthyle est de 0,79 g/cm3. Par conséquent, le méthanol s'évaporera plus rapidement. Pas moins que un facteur important La température affecte le taux d'évaporation de l'eau. Comme déjà mentionné, l'évaporation à n'importe quelle température, mais avec son augmentation, la vitesse de déplacement des molécules augmente et elles quittent le liquide en plus grande quantité. Par conséquent brûlant l'eau s'évapore plus vite que l'eau froide.La vitesse d'évaporation de l'eau dépend aussi de sa surface. L'eau versée dans une bouteille à col étroit s'évaporera, car. les molécules éjectées se déposeront sur les parois de la bouteille en se rétrécissant vers le haut et reculeront. Et les molécules d'eau dans la soucoupe quitteront le liquide sans encombre.Le processus d'évaporation sera considérablement accéléré si les flux d'air se déplacent sur la surface à partir de laquelle l'évaporation se produit. Le fait est qu'en plus de la libération de molécules du liquide, elles reviennent. Et plus la circulation d'air est forte, moins les molécules, descendantes, retomberont dans l'eau. Ainsi, son volume diminuera rapidement.
Sources:
- évaporation de l'eau
Diverses propriétés de l'eau intéressent les scientifiques depuis de nombreuses années. L'eau peut être dans divers états - solide, liquide et gazeux. Avec la normale température moyenne l'eau est sous forme liquide. Vous pouvez le boire, arroser les plantes avec. L'eau peut se répandre et occuper certaines surfaces et prendre la forme des vaisseaux dans lesquels elle se trouve. Alors pourquoi l'eau est-elle liquide ?
L'eau a une structure particulière grâce à laquelle elle prend la forme d'un liquide. Il peut verser, couler et goutter. Les cristaux solides ont une structure strictement ordonnée. Dans les substances gazeuses, la structure s'exprime comme un chaos complet. L'eau est une structure intermédiaire entre et une substance gazeuse. Les particules de la structure de l'eau sont situées à de petites distances les unes des autres et sont relativement ordonnées. Mais comme les particules s'éloignent les unes des autres au fil du temps, l'ordre de la structure disparaît rapidement.
Les forces d'action interatomique et intermoléculaire fixent la distance moyenne entre les particules. Les molécules d'eau sont constituées d'atomes d'oxygène et d'hydrogène, où les atomes d'oxygène d'une molécule sont attirés par les atomes d'hydrogène d'une autre molécule. Des liaisons hydrogène se forment, ce qui donne à l'eau certaines propriétés de fluidité, tandis que la structure de l'eau elle-même est presque identique à la structure du cristal. À l'aide de nombreuses expériences, le fait que l'eau elle-même établit sa propre structure dans un volume libre.
Lors de la connexion de l'eau à des surfaces solides, la structure de l'eau commence à se combiner avec la structure de la surface. Puisque la structure de la couche d'eau en bordure reste inchangée, ses propriétés physiques commencent à changer. La viscosité de l'eau change. Il devient possible de dissoudre des substances avec une certaine structure et propriétés. L'eau est initialement un liquide clair et incolore. Propriétés physiques l'eau peut être qualifiée d'anormale, car elle a un point d'ébullition et de congélation assez élevé.
L'eau a une tension superficielle. Par exemple, elle a une anomalie hautes températures congélation et ébullition, ainsi que la tension superficielle. L'évaporation et la fusion spécifiques de l'eau sont beaucoup plus élevées que celles de toute autre substance. Une caractéristique étonnante est que la densité de l'eau est supérieure à la densité de la glace, ce qui permet à la glace de flotter à la surface de l'eau. Toutes ces merveilleuses propriétés de l'eau en tant que liquide s'expliquent à nouveau par l'existence en elle de ces liaisons hydrogène qui lient les molécules.
La structure d'une molécule d'eau de trois atomes dans la projection géométrique d'un tétraèdre conduit à une très forte attraction mutuelle des molécules d'eau les unes vers les autres. Il s'agit des liaisons hydrogène des molécules, car chaque molécule peut former quatre liaisons hydrogène absolument identiques avec d'autres molécules d'eau. Ce fait explique pourquoi l'eau est liquide.
Ce n'est un secret pour personne que l'eau douce