У природі речовини можуть бути в одному з трьох агрегатних станів: твердому, рідкому і газоподібному. Перехід з першого в друге і навпаки можна спостерігати щодня, особливо взимку. Однак перетворення рідини на пар, яке відоме як процес випаровування, часто не видно оку. При уявній незначності воно відіграє важливу роль у житті людини. Отже, давайте дізнаємося про це детальніше.
Випаровування - це що таке
Кожен раз, вирішивши вскип 'ятити чайник для чаю або кави, можна спостерігати, як, досягнувши 100 ° С, вода перетворюється на пар. Саме це і є практичним прикладом процесу пароутворення (переходу певної речовини в газоподібний стан).
Пароосвіта буває двох видів: кипіння і випаровування. На перший погляд вони ідентичні, але це поширена омана.
Випаровування - це пароутворення з поверхні речовини, а кипіння - з усього його обсягу.
Випаровування і кипіння: у чому різниця
Хоча і процес випаровування, і кипіння, обидва сприяють переходу рідини в газоподібний стан, варто пам 'ятати про дві важливі відмінності між ними.
- Кипіння - це активний процес, який відбувається при певній температурі. Для кожної речовини вона унікальна і може змінюватися тільки при зниженні атмосферного тиску. За нормальних умов для кипіння води потрібно 100 ° С, для рафінованої соняшникової олії - 227 ° С, для нерафінованої - 107 ° С. Спирту, щоб закипіти, навпаки, потрібна нижча температура - 78 ° С. Температура ж випаровування може бути будь-якою і воно, на відміну від кипіння, відбувається постійно.
- Другою істотною відмінністю між процесами є те, що при кипінні пароутворення відбувається по всій товщі рідини. Тоді як випаровування води або інших речовин відбувається тільки з їх поверхні. До речі, процес кипіння завжди одночасно супроводжується і випаром.
Процес сублімації
Вважається, що випаровування - це перехід з рідкого в газоподібний агрегатний стан. Однак у рідкісних випадках, минаючи рідке, можливе випаровування прямо з твердого стану в газоподібне. Такий процес називається сублімацією.
Це слово знайоме всім, хто хоч раз замовляв гуртку або футболку з улюбленою фотографією у фотосалоні. Для перманентного нанесення зображення на тканину або кераміку якраз і використовується цей вид випаровування, на честь нього друк такого роду називається сублімаційною.
Також таке випаровування часто використовується для промислової сушіння фруктів і овочів, виготовлення кави.
Хоча сублімація зустрічається набагато рідше, ніж випаровування рідини, іноді її можна спостерігати в побуті. Так, вивішене сушитися взимку постиране волога білизна - миттєво замерзає і стає твердим. Однак поступово ця жорсткість йде, і речі стають сухими. В даному випадку вода зі стану льоду, минаючи рідку фазу, переходить відразу в пар.
Як відбувається випаровування
Як і більшість фізичних і хімічних процесів, головну роль у процесі випаровування відіграють молекули.
У рідинах вони розташовані дуже близько один до одного, але при цьому вони не мають фіксованого місця розташування. Завдяки цьому вони можуть "подорожувати" по всій площі рідини, причому з різними швидкостями. Це досягається завдяки тому, що під час руху вони стикаються між собою і від цих зіткнень їх швидкість змінюється. Ставши досить швидкими, найактивніші молекули отримують можливість піднятися на поверхню речовини і, подолавши силу тяжіння інших молекул, покинути рідину. Так відбувається випаровування води або іншої речовини і утворюється пар. Чи не правда, трохи нагадує політ ракети в космос?
Хоча з рідини в пар переходять найактивніші молекули, проте решта їхніх "побратимів" продовжують перебувати в постійному русі. Поступово і вони набувають необхідної швидкості, щоб подолати тяжіння і перейти в інший агрегатний стан.
Поступово і постійно покидаючи рідину, молекули задіють для цього її внутрішню енергію і вона зменшується. А це безпосередньо впливає на температуру речовини - вона знижується. Саме тому кількість охоплюючого чаю в чашці трохи зменшується.
Умови випаровування
Спостерігаючи за калюжами після дощу, можна помітити, що деякі з них висихають швидше, а деякі довше. Оскільки їх висихання є процесом випаровування, то можна на даному прикладі розібратися з умовами, необхідними для цього.
- Швидкість випаровування залежить від типу випаровуваної речовини, адже кожна з них має унікальні особливості, що впливають на час, за який її молекули повністю перейдуть у газоподібний стан. Якщо залишити відкритими 2 ідентичних флакони, наповнених однаковою кількістю рідини (в одному спирт С2Н5ОН, в іншому - вода Н2О), то перша ємність спорожніє швидше. Оскільки, як вже було сказано вище, температура випаровування біля спирту нижче, а значить, він швидше випарується.
- Друге, від чого залежить випаровування, - температура навколишнього середовища і температура кипіння речовини, що випаровується. Чим вище перша і нижче друга, тим швидше рідина зможе її досягти і перейти в газоподібний стан. Саме тому при проведенні деяких хімічних реакцій за участю випаровування речовини спеціально нагріваються.
- Ще однією умовою, від чого залежить випаровування, є площа поверхні речовини, з якої вона відбувається. Чим вона більша, тим швидше відбувається процес. Розглядаючи різні приклади випаровування, можна знову згадати про чаї. Його часто переливають у блюдці, щоб охолодити. Там напій швидше остигав, тому що збільшувалася площа поверхні рідини (діаметр блюдця більше діаметра чашки).
- І знову про чай. Відомий ще один спосіб швидше його остудити - підути на нього. Яким чином можна помітити, що наявність вітру (руху повітря) - це те, від чого також залежить випаровування. Чим вища швидкість вітру, тим швидше молекули рідини перейдуть у пар.
- Також впливає на інтенсивність випаровування атмосферний тиск: чим воно нижче, тим швидше молекули переходять з одного стану в інший.
Конденсація і десублимация
Перетворившись на пар, молекули не перестають рухатися. У новому агрегатному стані вони починають стикатися з молекулами повітря. Через це іноді вони можуть повертатися в рідкий (конденсація) або твердий (десублімація) стан.
Коли процеси випаровування та конденсації (десублімації) рівносильні між собою, це називають динамічною рівновагою. Якщо газоподібна речовина знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною аналогічного складу, її називають насиченим пором.
Випаровування і людина
Розглядаючи різні приклади випаровування, не можна не згадати вплив цього процесу на організм людини.
Як відомо, при температурі тіла 42,2 ° С білок у крові людини згортається, що веде до смерті. Нагріватися людське тіло може не тільки через інфекцію, а й при виконанні фізичної праці, занять спортом або під час перебування в спекотному приміщенні.
Організму вдається зберегти прийнятну для нормальної життєдіяльності температуру, завдяки системі самоохолодження - потовиділенню. Якщо температура тіла підвищується, через пори шкіри виділяється піт, а потім відбувається його випаровування. Цей процес допомагає "спалити" зайву енергію і сприяє охолодженню організму і нормалізації його температури.
До речі, саме тому не варто беззастережно вірити рекламам, які підносять піт як головне лихо сучасного суспільства і намагаються продати наївним покупцям всілякі речовини для позбавлення від нього. Змусити організм менше пітніти, не порушуючи його нормальної роботи, не можна, а хороший дезодорант здатний лише маскувати неприємний запах поту. Тому, використовуючи антиперспіранти, різні присипки і пудри, можна завдати організму непоправної шкоди. Адже ці речовини забивають пори або звужують виводні протоки потових залоз, а значить, позбавляють тіло можливості контролювати свою температуру. У випадках, якщо використання антиперспірантів все ж необхідно, попередньо варто проконсультуватися з лікарем.
Роль випаровування у житті рослин
Як відомо, не тільки людина на 70% складається з води, а й рослини, а деякі, на кшталт редису, і на всі 90%. Тому випаровування також важливе і для них.
Вода є одним з головних джерел потрапляння корисних (і шкідливих теж) речовин в організм рослини. Однак, щоб ці речовини могли засвоїтися, необхідне сонячне світло. Ось тільки в спекотні дні сонце здатне не просто нагріти рослину, але і перегріти, тим самим згубивши її.
Щоб цього не сталося, представники флори здатні самоохолоджуватися (схоже на людський процес потовиділення). Іншими словами при перегріві рослини випаровують воду і таким чином охолоджуються. Тому поливу садів і городів приділяється влітку так багато уваги.
Як використовують випаровування в промисловості і в побуті
Для хімічної та харчової промисловості випаровування - це незамінний процес. Як вже було сказано вище, воно не тільки допомагає виробляти дегідратацію багатьох продуктів (випаровувати вологу з них), що збільшує термін їх зберігання; але також допомагає виготовляти ідеальні дієтичні продукти (менше ваги і калорій, при більшому вмісті корисних речовин).
Також випаровування (особливо сублімація) використовується для очищення різних речовин.
Ще однією сферою застосування є кондиціонування повітря.
Не варто забувати і про медицину. Адже процес інгаляції (вдихання пара, насиченого лікувальними препаратами) заснований теж на процесі випаровування.
Небезпечні випари
Однак, як і у всякого процесу, у цього є і негативні сторони. Адже перетворюватися на пар і вдихатися людьми і тваринами можуть не тільки корисні речовини, а й смертельно небезпечні. А найсумніше в тому, що вони - невидимі, а значить, людина не завжди знає, що піддався впливу токсину. Саме тому варто уникати перебування без захисних масок і костюмів, на заводах і підприємствах, що працюють з небезпечними речовинами.
На жаль, шкідливі випари можуть підстерігати і вдома. Адже якщо меблі, шпалери, лінолеум або інші предмети виготовлені з дешевих матеріалів з порушеннями технології, вони здатні виділяти токсини в повітря, які і будуть поступово "труїти" своїх господарів. Тому при купівлі будь-якої речі, варто переглядати сертифікат якості матеріалів, з яких вона виготовлена.