Випаровування і конденсація

Перехід речовини в газоподібний стан називається паротворенням.

Сукупність молекул, що вилетіли з речовини, називається парою цієї речовини.

При паротворенні збільшуються середні відстані між молекулами. В результаті потенційна енергія взаємодії частинок збільшується (чисельне значення її зменшується, але вона негативна). Таким чином, процес пароутворення пов’язаний зі збільшенням внутрішньої енергії речовини.

Пароутворення може відбуватися безпосередньо з твердого стану – це сублімація.

Перехід з рідкого стану в газоподібний можливий двома різними процесами: випаровуванням і кипінням.

Випаровування – це пароутворення, що відбувається тільки з вільної поверхні рідини, що межує з газоподібним середовищем або з вакуумом.

Експериментально встановлено такі закономірності:

  • При однакових умовах різні речовини випаровуються з різною швидкістю (швидкість випаровування визначається числом молекул, що переходять в пар з поверхні речовини за 1 с).

Швидкість випаровування тим більше:

  • чим більше площа вільної поверхні рідини;
  • чим менше щільність парів над поверхнею рідини. Швидкість збільшується при русі навколишнього повітря (вітер);
  • чим більше температура рідини.

При випаровуванні температура тіла знижується.

Механізм випаровування можна пояснити з точки зору MKT: молекули, що знаходяться на поверхні, утримуються силами тяжіння з боку інших молекул речовини. Молекула може вилетіти за межі рідини лише тоді, коли її кінетична енергія перевищує значення тієї роботи, яку необхідно здійснити, щоб подолати сили молекулярного тяжіння (робота виходу). Тому покинути речовина можуть тільки швидкі молекули. В результаті середня кінетична енергія залишилися молекул зменшується, а температура рідини знижується.

Для підтримки температури випаровуючої рідини незмінної до неї необхідно підводити деяку кількість теплоти.

Кількість теплоти Q, необхідної для перетворення рідини в пару при постійній температурі, називається теплотою паротворення.

Експериментально встановлено, що:

Q = Lm, де

  • m – маса випарувалася рідини;
  • L – питома теплота пароутворення.

Питоме тепло паротворення – величина, чисельно рівна кількості теплоти, необхідного для перетворення в пару рідини одиничної маси при незмінній температурі.

Питома теплота пароутворення L залежить від роду рідини і зовнішніх умов. При збільшенні температури вона зменшується. Це пояснюється тим, що всі рідини при нагріванні розширюються. Відстані між молекулами при цьому збільшуються і сили молекулярної взаємодії зменшуються. Крім того, чим більше температура, тим більше середня кінетична енергія руху молекул і тим менше енергії їм потрібно додати, щоб вони могли вилетіти за межі поверхні рідини.

Молекули пара хаотично рухаються. Тому швидкості деяких з них будуть спрямовані в бік рідини. Досягнувши поверхні, вони втягуються в неї силами тяжіння з боку молекул, що знаходяться на поверхні рідини, і знову стають молекулами рідини. Процес переходу речовини з газоподібного стану в рідкий називається конденсацією.

Число повернувшихся в рідину за певний проміжок часу молекул тим більше, чим більше концентрація молекул пари, а отже, чим більше тиск пари над рідиною. Конденсація пари супроводжується нагріванням рідини. При конденсації виділяється така ж кількість теплоти, яка була витрачена при випаровуванні.

ПОДІЛИТИСЯ: