Одним из основных законов является обнаруженная французским химиком Ф. М. Раулемв1887г. закономерность, определяющая некоторые зависящие отконцентрации, но не от природы растворённого вещества, свойстварастворов.
Франсуа Мари Рауль (1830 - 1901) - французский химик и физик, член-корреспондент Парижской АН (1890). С 1867 - в Гренобльском университете (профессор с 1870). Член-корреспондент Петербургской АН (1899).
Над любой жидкой фазой всегда существует определенное (в зависимости от внешних условий) количество газообразной состоящей из того же вещества. Так, над водой, находящейся в атмосфере, обязательно имеется водяной пар. Количество этой паровой фазы выражается парциальным давлением (концентрацией газа), равным общему, при условии, что данный газ занимает общий газовый объем.
Физические свойства растворов (растворимость, температуры замерзания и кипения) в первую очередь обусловлены изменением давления насыщенного пара растворителя над раствором. Франсуа Рауль установил, что давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем и вывел следующее соотношение:
р 0 – парциальное давление пара растворителя над чистым растворителем;
р i – парциальное давление пара растворителя над раствором;
n i – мольная доля растворенного вещества.
Таким образом, один из основных законов, определяющих физические свойства растворов можно сформулировать так:
относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле раствренного вещества.
Это важнейший закон объяснил изменения температур фазовых переходов для растворов относительно чистого растворителя.
Изменение температур замерзания
Условием кристаллизации является равенство давления насыщенного пара растворителя над раствором давлению пара над твёрдым растворителем. Поскольку давление пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем, это равенство всегда будет достигаться при температуре более низкой, чем температура замерзания растворителя. Так, океанская вода начинает замерзать при температуре около -2° C.
Разность между температурой кристаллизации растворителя T 0 fr и температурой начала кристаллизации раствора T fr и есть понижение температуры кристаллизации. Тогда можем сформулировать следуещее следствие из закона Рауля:
понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрациираствора:
Здесь: m – моляльность раствора; К – криоскопическая константа, постоянная для каждого растворителя. Для воды К = 1,86 0 , что означает – все одномоляльные водные растворы должны замерзать при темепературе - 1,86 0 С.
Поскольку по мере кристаллизации растворителя из раствора концентрация последнего возрастает, растворы не имеют определённой температуры замерзания и кристаллизуются в некотором интервале температур.
Изменение температур кипения
Жидкость кипитпри той температуре, при которой общее давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Если растворённое вещество нелетуче (то есть давлением его насыщенных паров над раствором можно пренебречь), то общее давление насыщенного пара над раствором равно парциальному давлению паров растворителя. В этом случае давление насыщенных паров над раствором при любой температуре будет меньше, чем над чистым растворителем, и равенство его внешнему давлению будет достигаться при более высокой температуре. Таким образом, температура кипения раствора нелетучего вещества T b всегда выше, чем температура кипения чистого растворителя при том же давлении T b . Отсюда второе следствие законо Рауля:
повышение температуры кипения разбавленных растворов нелетучих веществ не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:
Здесь: m – моляльность раствора; Е – эбулиоскопическая константа, постоянная для каждого растворителя. Для воды Е = 0,56 0 , что означает – все одномоляльные водные растворы должны начинать закипать при темепературе 100,56 0 С при стандартном давлении.
Зависимость температуры кипения от давления
Температура кипения воды равна 100 °C; можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100 °C.
Но это не так, и об этом прекрасно осведомлены жители высокогорных селений.
Вблизи вершины Эльбруса имеется домик для туристов и научная станция. Новички иногда удивляются, «как трудно сварить яйцо в кипятке» или «почему кипяток не обжигает». В этих случаях им указывают, что вода кипит на вершине Эльбруса уже при 82 °C.
В чем же тут дело? Какой физический фактор вмешивается в явление кипения? Какое значение имеет высота над уровнем моря?
Этим физическим фактором является давление, действующее на поверхность жидкости. Не нужно забираться на вершину горы, чтобы проверить справедливость сказанного.
Помещая подогреваемую воду под колокол и накачивая или выкачивая оттуда воздух, можно убедиться, что температура кипения растет при возрастании давления и падает при его уменьшении.
Вода кипит при 100 °C только при определенном давлении – 760 мм Hg.
Кривая температуры кипения в зависимости от давления показана на рис. 98. На вершине Эльбруса давление равно 0,5 атм, этому давлению и соответствует температура кипения 82 °C.
А вот водой, кипящей при 10–15 мм Нg, можно освежиться в жаркую погоду. При этом давлении температура кипения упадет до 10–15 °C.
Можно получить даже «кипяток», имеющий температуру замерзающей воды. Для этого придется снизить давление до 4,6 мм Hg.
Интересную картину можно наблюдать, если поместить открытый сосуд с водой под колокол и откачивать воздух. Откачка заставит воду закипеть, но кипение требует тепла. Взять его неоткуда, и воде придется отдать свою энергию. Температура кипящей воды начнет падать, но так как откачка продолжается, то падает и давление. Поэтому кипение не прекратится, вода будет продолжать охлаждаться и в конце концов замерзнет.
Такое кипение холодной воды происходит не только при откачке воздуха. Например, при вращении гребного корабельного винта давление в быстро движущемся около металлической поверхности слое воды сильно падает и вода в этом слое закипает, т.е. в ней появляются многочисленные наполненные паром пузырьки. Это явление называется кавитацией (от латинского слова cavitas – полость).
Снижая давление, мы понижаем температуру кипения. А увеличивая его? График, подобный нашему, отвечает на этот вопрос. Давление в 15 атм может задержать кипение воды, оно начнется только при 200 °C, а давление в 80 атм заставит воду закипеть лишь при 300 °C.
Итак, определенному внешнему давлению соответствует определенная температура кипения. Но это утверждение можно и «перевернуть», сказав так: каждой температуре кипения воды соответствует свое определенное давление. Это давление называется упругостью пара.
Кривая, изображающая температуру кипения в зависимости от давления, является одновременно и кривой упругости пара в зависимости от температуры.
Цифры, нанесенные на график температуры кипения (или на график упругости пара), показывают, что упругость пара меняется очень резко с изменением температуры. При 0 °C (т.е. 273 K) упругость пара равна 4,6 мм Hg, при 100 °C (373 K) она равна 760 мм, т. е, возрастает в 165 раз. При повышении температуры вдвое (от 0 °C, т.е. 273 K, до 273 °C, т.е. 546 K) упругость пара возрастает с 4,6 мм Hg почти до 60 атм, т.е. примерно в 10000 раз.
Поэтому, напротив, температура кипения меняется с давлением довольно медленно. При изменении давления вдвое – от 0,5 атм до 1 атм, температура кипения возрастает от 82 °C (т.е. 355 K) до 100 °C (т.е. 373 K) и при изменении вдвое от 1 атм до 2 атм – от 100 °C (т.е. 373 K) до 120 °C (т.е. 393 K).
Та же кривая, которую мы сейчас рассматриваем, управляет и конденсацией (сгущением) пара в воду.
Превратить пар в воду можно либо сжатием, либо охлаждением.
Как во время кипения, так и в процессе конденсации точка не сдвинется с кривой, пока превращение пара в воду или воды в пар не закончится полностью. Это можно сформулировать еще и так: в условиях нашей кривой и только при этих условиях возможно сосуществование жидкости и пара. Если при этом не подводить и не отнимать тепла, то количества пара и жидкости в закрытом сосуде будут оставаться неизменными. Про такие пар и жидкость говорят, что они находятся в равновесии, и пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.
Кривая кипения и конденсации имеет, как мы видим, еще один смысл – это кривая равновесия жидкости и пара. Кривая равновесия делит поле диаграммы на две части. Влево и вверх (к большим температурам и меньшим давлениям) расположена область устойчивого состояния пара. Вправо и вниз – область устойчивого состояния жидкости.
Кривая равновесия пар – жидкость, т.е. кривая зависимости температуры кипения от давления или, что то же самое, упругости пара от температуры, примерно одинакова для всех жидкостей. В одних случаях изменение может быть несколько более резким, в других – несколько более медленным, но всегда упругость пара быстро растет с увеличением температуры.
Уже много раз мы пользовались словами «газ» и «пар». Эти два слова довольно равноправны. Можно сказать: водяной газ есть пар воды, газ кислород есть пар кислородной жидкости. Все же при пользовании этими двумя словами сложилась некоторая привычка. Так как мы привыкли к определенному относительно небольшому интервалу температур, то слово «газ» мы применяем обычно к тем веществам, упругость пара которых при обычных температурах выше атмосферного давления. Напротив, о паре мы говорим тогда, когда при комнатной температуре и давлении атмосферы вещество более устойчиво в виде жидкости.
Из книги Физики продолжают шутить автора Конобеев ЮрийК квантовой теории абсолютного нуля температуры Д. Бак, Г. Бете, В. Рицлер (Кембридж) «К квантовой теории абсолютного нуля температуры» и заметки, переводы которых помещены ниже: К квантовой теории абсолютного нуля температуры Движение нижней челюсти у крупного
Из книги Физики шутят автора Конобеев ЮрийК квантовой теории абсолютного нуля температуры Ниже помещен перевод заметки» написанной известными физиками и опубликованной в «Natur-wissenschaften». Редакторы журнала «попались на удочку громких имен» и, не вдаваясь в существо написанного, направили полученный материал в
Из книги Медицинская физика автора Подколзина Вера Александровна6. Математическая статистика и корреляционная зависимость Математическая статистика – наука о математических методах систематизации и использования статистических данных для решения научных и практических задач. Математическая статистика тесно примыкает к теории автора
Из книги автораИзменение давления с высотой С изменением высоты давление падает. Впервые это было выяснено французом Перье по поручению Паскаля в 1648 г. Гора Пью де Дом, около которой жил Перье, была высотой 975 м. Измерения показали, что ртуть в торричеллиевой трубке падает при подъеме на
Из книги автораВлияние давления на температуру плавления Если изменить давление, то изменится и температура плавления. С такой же закономерностью мы встречались, когда говорили о кипении. Чем больше давление, тем выше температура кипения. Как правило, это верно и для плавления. Однако
Для чего человек начал кипятить воду перед её непосредственным употреблением? Правильно, чтобы обезопасить себя от многих болезнетворных бактерий и вирусов. Эта традиция пришла на территорию средневековой России ещё до Петра Первого, хотя считается, что именно он завёз первый самовар в страну и ввёл обряд неспешного вечернего чаепития. На самом деле некое подобие самоваров наш народ использовал ещё в древней Руси для приготовления напитков из трав, ягод и корений. Кипячение требовалось здесь в основном для извлечения полезных экстрактов растений, нежели для обеззараживания. Ведь в ту пору даже не было известно о микромире, где эти бактерии с вирусами обитают. Однако благодаря кипячению нашу страну обходили стороной мировые пандемии страшных заболеваний, таких как холера или дифтерия.
Шкала Цельсия
Великий метеоролог, геолог и астроном из Швеции изначально использовал значение в 100 градусов для обозначения точки замерзания воды при нормальных условиях, а температура кипения воды была принята за нуль градусов. И уже после его смерти в 1744 году не менее известная личность, ботаник Карл Линней и приемник Цельсия Мортен Штремер, перевернули эту шкалу для удобства её использования. Однако, по другим сведениям, это сделал сам Цельсий незадолго до своей кончины. Но в любом случае стабильность показаний и понятная градуировка повлияли на повсеместное распространение её использования среди самых престижных на то время научных профессий - химиков. И, несмотря на то что в перевернутом виде отметка шкалы в 100 градусов устанавливала точку стабильного кипения воды, а не начала её замерзания, шкала стала носить имя первостепенного её создателя, Цельсия.
Ниже атмосферы
Однако не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Взглянув на любую диаграмму состояния в P-T- или P-S-координатах (энтропия S функциональна от температуры в прямой зависимости), мы увидим, как тесно связаны между собой температура и давление. Так же и воды в зависимости от давления меняет свои значения. И любому альпинисту прекрасно знакомо это свойство. Каждый, кто хоть раз в жизни постигал высоты свыше 2000-3000 метров над уровнем моря, знает, насколько тяжело дышится на высоте. Это из-за того, что чем выше мы поднимаемся, тем разреженнее становится воздух. Атмосферное давление падает ниже одной атмосферы (ниже н. у., то есть ниже "нормальных условий"). Падает и температура кипения воды. В зависимости от давления на каждой из высот она может закипать как при восьмидесяти, так и при шестидесяти
Скороварки
Однако следует помнить, что хоть основные микробы и погибают при температурах выше шестидесяти градусов Цельсия, многие могут выжить при восьмидесяти и более градусах. Именно поэтому мы добиваемся кипячения воды, то есть доводим её температуру до 100 °С. Однако есть интересные кухонные приборы, позволяющие сократить время и нагреть жидкость до высоких температур, без её кипячения и потери массы посредством испарения. Понимая, что температура кипения воды в зависимости от давления может изменяться, инженеры из США на основе французского прототипа представили миру в 1920-х годах скороварку. Принцип её действия основан на том, что крышка плотно прижимается к стенкам, без возможности отвода пара. Внутри создаётся повышенное давление, и вода закипает при более высоких температурах. Однако такие девайсы довольно опасны и нередко приводили к взрыву и серьёзным ожогам пользователей.
В идеале
Давайте рассмотрим, как наступает и проходит сам процесс. Вообразим себе идеально гладкую и бесконечно большую поверхность нагрева, где распределение теплоты происходит равномерно (к каждому квадратному миллиметру поверхности подводится одинаковое количество тепловой энергии), а коэффициент шероховатости поверхности стремится к нулю. В этом случае при н. у. кипение в ламинарном погранслое будет начинаться одновременно по всей площади поверхности и происходить моментально, сразу испаряя весь единичный объём жидкости, находящейся на её поверхности. Это идеальные условия, в реальной жизни такого не бывает.
В реальности
Давайте выясним, какова начальная температура кипения воды. В зависимости от давления она тоже меняет свои значения, однако основной момент здесь кроется вот в чём. Если даже мы возьмём самую гладкую, на наш взгляд, кастрюлю и поднесём её под микроскоп, то в его окуляре мы увидим неравномерные края и острые частые пики, выступающие над основной поверхностью. Теплота к поверхности кастрюли, будем считать, подводится равномерно, хотя в реальности это тоже не совсем верное утверждение. Даже когда кастрюля стоит на самой крупной конфорке, на плите градиент температур распределяется неравномерно, и всегда существуют локальные зоны перегрева, отвечающие за раннее кипение воды. Сколько градусов при этом на пиках поверхности и в её низинах? Пики поверхности при бесперебойном подведении теплоты прогреваются быстрее низин и так называемых впадин. Более того, окруженные со всех сторон водой с низкой температурой, они лучше отдают энергию молекулам воды. Коэффициент температуропроводности пиков в полтора-два раза выше, чем у низин.
Температуры
Именно поэтому начальная температура кипения воды составляет порядка восьмидесяти градусов Цельсия. При этом значении пики поверхности подводят достаточное необходимого для мгновенного вскипания жидкости и образования первых пузырьков, видимых глазу, которые робко начинают подниматься к поверхности. А какова температура кипения воды при нормальном давлении - спрашивают многие. Ответ на этот вопрос можно без труда найти в таблицах. При атмосферном давлении стабильное кипение устанавливается при 99,9839 °С.
Кипение- это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
Испарение, в отличие от кипения, очень медленный процесс и происходит при любой температуре вне зависимости от давления.
При нагревании жидких тел их внутренняя энергия увеличивается, при этом возрастает скорость движения молекул, увеличивается их кинетическая энергия. Кинетическая энергия некоторых молекул увеличивается настолько, что ее становится достаточно для того, чтобы преодолеть взаимодействие между молекулами и вылететь из жидкости.
Мы пронаблюдали это явление на опыте. Для этого мы нагревали воду в открытой стеклянной колбе, измеряя ее температуру. Мы налили 100 мл воды в стеклянную колбу, которую затем закрепили на держатель и поставили на спиртовку. Начальная температура воды была равна 28 º С.
Время Температура Процесс в колбе
2 минуты 50° На стенках колбы появилось много мелких пузырьков
2мин. 45 сек 62° Пузырьки начали укрупняться. Появился шум
4минуты 84° Пузырьки становятся более крупными, поднимаются к поверхности.
6 мин 05 сек 100° Объем пузырьков резко увеличился, они активно лопаются на поверхности. Вода кипит.
Таблица № 1
По результатам проведенных наблюдений мы можем выделить этапы кипения.
Этапы кипения:
Испарение с поверхности жидкости усиливается по мере увеличения температуры. Иногда может наблюдаться туман (сам пар не виден).
На дне и стенках сосуда появляются пузырьки воздуха.
Сначала нагревается сосуд, а затем жидкость на дне и у стенок. Так как в воде всегда есть растворенный воздух, то при нагревании пузырьки воздуха расширяются и становятся видимыми.
Пузырьки воздуха начинают укрупняться, появляются по всему объему, причем в пузырьках будет не только воздух, но я водяной пар, так как вода начнет испаряться внутрь этих пузырьков воздуха. Появляется характерный шум.
При достаточно большом объеме пузырька он под действием Архимедовой силы начинает подниматься вверх. Так как жидкость прогревается способом конвекции, то температура нижних слоев больше температуры верхних слоев воды. Поэтому в поднимающемся пузырьке водяной пар будет конденсироваться, а объем пузырька уменьшаться. Соответственно давление внутри пузырька будет меньше, чем давление атмосферы и столба жидкости, оказываемое на пузырек. Пузырек будет захлопываться. Слышен шум.
При определенной температуре, то есть когда в результате конвекции прогреется вся жидкость, с приближением к поверхности объем пузырьков резко возрастает, так как давление внутри пузырька станет равным внешнему давлению (атмосферы и столба жидкости). На поверхности пузырьки лопаются, и над жидкостью образуется много пара. Вода кипит.
Признаки кипения
Много пузырьков лопается Много пара на поверхности.
Условие кипения:
Давление внутри пузырька равно давлению атмосферы плюс давление столба жидкости над пузырьком.
Чтобы довести воду до кипения, недостаточно только нагреть ее до 100º С, надо еще сообщить ей значительный запас тепла для того, чтобы перевести воду в другое агрегатное состояние, а именно в пар.
Вышеизложенное утверждение мы подтвердили опытом.
Мы взяли стеклянную колбу, закрепили на держатель и поместили в стоящую на огне кастрюлю с чистой водой так, чтобы склянка не касалась дна нашей кастрюли. Когда вода в кастрюле закипела, в колбе вода не кипела. Температура воды в колбе дошла,практически, до 100º С, однако не закипела. Этот результат можно было предвидеть.
Вывод: чтобы довести воду до кипения, недостаточно только нагреть ее до 100º С, надо сообщить ей значительный запас тепла.
Но чем же отличается вода в колбе от воды в кастрюле? Ведь в пузырьке та же вода, только отделенная от остальной массы стеклянной перегородкой, почему же не происходит с ней того же, что и с остальной водой?
Потому что перегородка мешает воде пузырька участвовать в тех течениях, которые перемешивают всю воду в кастрюле. Каждая частица воды в кастрюле может непосредственно коснуться накаленного дна, вода же колбы соприкасается только с кипятком.
Итак, мы пронаблюдали, что чистым кипятком вскипятить воду нельзя.
После окончания опыта 2 , мы всыпали в кипящую в кастрюле воду горсть соли. Вода на время перестала кипеть, а закипела вновь при температуре выше 100 ºС. Вскоре и в стеклянной колбе вода начала кипеть.
Вывод: Это произошло потому, что воде в колбе был сообщен достаточный запас тепла для кипения.
На основании вышеизложенного, мы можем четко определить, в чем отличие испарения и кипения:
Испарение – это спокойный, поверхностный процесс, происходящий при любой температуре.
Кипение же – бурный процесс, объемный, сопровождаемый раскрытием пузырьков.
3. Температура кипения
Температура, при которой жидкость кипит называется температурой кипения.
Чтобы испарение происходило во всем объеме жидкости, а не только с поверхности, то есть, чтобы жидкость кипела, необходимо, чтобы ее молекулы обладали соответствующей энергией, а для этого должны иметь соответствующую скорость, значит, жидкость должна быть нагрета до определенной температуры.
Следует помнить, что у различных веществ температура кипения различна. Температуры кипения веществ определены экспериментальным методом и занесены в таблицу.
Наименование вещества Температура кипения ° С
Водород -253
Кислород -183
Молоко 100
Свинец 1740
Железо 2750
Таблица № 2
Некоторые вещества, которые в обычных условиях являются газами, при достаточном охлаждении обращаются в жидкости, кипящие при очень низкой температуре. Жидкий кислород, например, при атмосферном давлении кипит при температуре -183 ºС. Вещества, которые в обычных условиях мы наблюдаем в твердом состоянии, обращаются при плавлении в жидкости, кипящие при очень высокой температуре.
В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, кипение происходит при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре. Поэтому, например, при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит, это даст экономию топлива, а температура воды все равно сохраняется постоянной во все время кипения.
Мы провели опыт, с целью проверить температуру кипения воды, молока и спирта.
В ходе проведения опыта мы поочередно нагревали до кипения в стеклянной колбе на спиртовке воду, молоко и спирт. При этом мы замеряли температуру жидкости при ее закипании.
Вывод: Вода и молоко кипят при температуре 100 ºС, а спирт – при 78º С.
100ºC время кипения график кипения воды и молока tºC
78ºC время кипения график кипения спирта
Кипение неразрывно связано с теплопроводностью, вследствие которой от поверхности нагрева к жидкости передается теплота. В кипящей жидкости устанавливается определенное распределение температуры. Теплопроводность воды очень мала, что мы подтвердили следующим опытом:
Мы взяли пробирку, наполнили водой, погрузили в нее кусочек льда, а чтобы он не всплыл вверх, придавили его металлической гайкой. При этом вода имела свободный доступ ко льду. Затем мы наклонили пробирку над пламенем спиртовки так, чтобы пламя касалось только верхней части пробирки. Через 2 минуты вода начала сверху кипеть, но на дна пробирки остался лед.
Загадка заключается в том, что на дне пробирки вода вовсе не кипит, а остается холодной, кипит она только вверху. Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки. Течения теплой воды и перемешивание слоев будут происходить лишь в верхней части пробирки и не захватят нижних более плотных слоев. Нагревание может передаваться вниз лишь путем теплопроводности, но теплопроводность воды чрезвычайно мала.
На основании изложенного в предыдущих пунктах работы, мы выделяем особенности процесса кипения.
Особенности кипения
1) При кипении энергия затрачивается, а не выделяется.
2) Температура остается постоянной на протяжении всего процесса кипения.
3) У каждого вещества своя температура кипения.
4. От чего зависит температура кипения
При нормальном атмосферном давлении температура кипения постоянна, но с изменением давления на жидкость она меняется. Температура кипения тем выше, чем больше давление, производимое на жидкость и наоборот.
Мы провели несколько опытов, чтобы проверить верность данного утверждения.
Мы взяли колбу с водой, поставили греться на спиртовку. Заранее приготовили пробку с вставленной в нее резиновой грушей. Когда вода в колбе закипела, мы закрыли колбу пробкой с грушей. Затем мы нажали на грушу, при этом кипение к колбе прекратилось. При нажатии на грушу мы увеличили давление к колбе, и условие кипения нарушилось.
Вывод: С увеличением давления температура кипения увеличивается.
Мы взяли колбу с выпуклым дном, наполнили водой и довели воду до кипения. Затем закрыли колбу плотной пробкой и перевернули ее, закрепив в держателе. Дождались пока вода в колбе перестала кипеть и облили колбу кипятком. Никаких изменений к колбе не произошло. Далее, мы положили на дно колбы снег, и вода в колбе сразу закипела.
Это произошло потому, что снег охладил стенки флакона, вследствие этого пар внутри сгустился в водяные капли. А так как воздух из стеклянного флакона был выгнан еще при кипячении, то теперь вода подвержена в нем гораздо меньшему давлению. Но известно, что при уменьшении давления на жидкость, она кипит при температуре более низкой. Следовательно, в нашей колбе хотя и кипяток, но кипяток негорячий.
Вывод: С уменьшением давления температура кипения уменьшается.
Как известно, давление воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Следовательно, температура кипения жидкости с увеличением высоты также уменьшается, а, соответственно, с уменьшением – увеличивается.
Так, американские ученые обнаружили на дне Тихого океана, в 400 км к западу от залива Пьюужет- Саунд сверхгорячий источник с температурой воды 400º С. Благодаря большому давлению на воды источника, расположенного на большой глубине, вода в нем даже при такой температуре не кипит.
А в горных районах, на высоте 3000м, где давление атмосферы составляет 70 кПа, вода кипит при 90 º С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке например, куриное яйцо вообще невозможно, так как белок при температуре ниже 100 ºС не сворачивается.
В романе Жюля Верна «Дети капитана Гранта» путешественники на перевале в Андах обнаружили, что термометр, опущенный в закипевшую воду, показал всего лишь 87º С.
Этот факт подтверждает, что с увеличением высоты над уровнем моря, уменьшается температура кипения, так как уменьшается атмосферное давление.
5. Значение кипения
Кипение имеет огромное практическое значение как в быту, так и в производственных процессах.
Всем известно, что без кипения мы не смогли бы приготовить большинство блюд из рациона нашего питания. Выше, в работе, мы рассмотрели зависимость температуры кипения от давления. Благодаря полученным в этой области знаниям, хозяйки могут сейчас пользоваться скороварками. В скороварке пищу варят под давлением около 200 кПа. Температура кипения воды при этом достигает 120 º С. В воде такой температуры процесс «варения» происходит значительно быстрее, чем в обычном кипятке. Этим и объясняется название «скороварка».
Уменьшение температуры кипения жидкости тоже может иметь полезное значение. Так, например, при нормальном атмосферном давлении жидкий фреон кипит при температуре около 30ºС. При уменьшении же давления, температуру кипения фреона можно сделать ниже 0ºС. Это используется в испарителе холодильника. Благодаря работе компрессора в нем создается пониженное давление, и фреон начинает превращаться в пар, отнимая теплоту от стенок камеры. Благодаря этому и происходит понижение температуры внутри холодильника.
На процессе кипения основана работа таких необходимых в медицине аппаратов, как автоклав (прибор для стерилизации инструментов), дистиллятор (прибор для изготовления дистиллированной воды).
Различие в температурах кипения разных веществ находит широкое применение в технике, например в процессе перегонки нефти. При нагревании нефти до 360ºС та ее часть(мазут), которая имеет большую температуру кипения, остается в ней, а те ее части, у которых температура кипения ниже 360ºС, испаряются. Из образовавшегося пара получают бензин и некоторые другие виды топлива.
Мы перечислили лишь несколько примеров пользы кипения, из которых уже можно сделать выводы о необходимости и значимости этого процесса в нашей жизни.
6. Заключение
В ходе изучения темы кипение в вышеизложенной работе, мы выполнили поставленные в начале работы цели: изучили вопросы о понятии кипения, выделили этапы кипения,с объяснением причин происходящих процессов, определили признаки, условия и особенности кипения.
