- Виды варки
- Точка кипения
- Факторы, определяющие температуру кипения
- Атмосферное давление
- Межмолекулярные силы
- Разница между кипячением и испарением
- Примеры кипячения
- Паровая стерилизация
- Готовить еду
- Скороварка
- Рассеивание тепла
- Определение молярной массы растворенных веществ
- Сахарная промышленность
- Ссылки
Кипения является изменение состояния или жидкой фазы в газообразное состояние. Это происходит, когда жидкость нагревается до точки кипения: температуры, при которой давление пара жидкости равно атмосферному давлению, действующему на поверхность жидкости.
Как правило, при кипячении тепло подводится к нижней части емкости, содержащей жидкость. Начинается образование пузырьков, объем которых увеличивается по мере того, как они поднимаются к поверхности жидкости, поскольку давление на них уменьшается по мере их подъема.
Когда жидкость закипает, говорят, что она достигла точки кипения. Источник: Pixabay.
Когда нагретая жидкость представляет собой воду, пузырьки содержат водяной пар; то есть они уже содержат воду в газообразном состоянии. Кроме того, пузырьки распределяются по объему жидкости. Температура кипения воды составляет около 100ºC при давлении 1 атм (760 мм рт. Ст.).
Чтобы произвести изменение состояния из жидкой фазы в газообразную, необходимо подвести энергию (энтальпию испарения). Во время кипения температура воды остается постоянной на уровне 100 ºC, так как тепловая энергия теряется, когда молекулы жидкой воды выходят в виде водяного пара.
Виды варки
Выделяют два основных типа кипения: пузырьковое кипение и критический тепловой поток.
При пузырьковом кипении пузырьки небольшого объема образуются в разных местах объема жидкости.
Образование пузырьков наблюдается после повышения температуры.
Между тем, при критическом тепловом потоке кипение происходит, когда поверхность, на которую подается тепло, вызывающее кипение, нагревается выше критического значения температуры, образуя слой пара на поверхности.
Точка кипения
Факторы, определяющие температуру кипения
Атмосферное давление
Повышение атмосферного давления приводит к повышению температуры кипения, так как необходимо увеличивать давление водяного пара, чтобы уравнять атмосферное давление. Для этого необходимо повысить температуру воды, что потребует более высоких затрат калорий.
Напротив, когда атмосферное давление уменьшается, как это происходит в горах на большой высоте над уровнем моря, точка кипения уменьшается, поскольку требуется более низкое давление пара, чем равное атмосферному давлению.
Межмолекулярные силы
Молекулы в растворе имеют несколько типов взаимодействий, в том числе: дисперсионные силы или силы Лондона, диполь-дипольные силы и водородные связи. Чем больше величина этих сил, тем выше температура кипения.
Тепловая энергия необходима, чтобы прервать взаимодействие между молекулами, чтобы у них было достаточно энергии для кипения. Например: метиловый эфир (C 2 H 6 O) имеет температуру кипения 25 ° C, а этиловый эфир (C 4 H 10 O) имеет температуру кипения 78,5 ° C.
Разница между точками кипения, несмотря на схожую химическую структуру, объясняется тем, что этиловый эфир имеет более высокую молекулярную массу; Оба они образуют водородные связи, но дисперсионные силы в C 4 H 10 O сильнее, чем в C 2 H 6 O.
Разница между кипячением и испарением
Кипение возникает в жидкости рядом с источником тепла, а затем распространяется по всему объему жидкости. Это видно на этой иллюстрации:
Между тем испарение - это явление на поверхности жидкости.
Испарение происходит, когда молекула жидкости на границе раздела воздух-жидкость имеет достаточно энергии, чтобы преодолеть оказываемое на нее поверхностное натяжение; так он выходит из пазухи жидкости и переходит в газовую фазу.
Испарение может происходить при любой температуре, но вероятность его возникновения увеличивается с увеличением температуры. На следующем изображении вы можете увидеть, как вода испаряется из-под земли:
Примеры кипячения
Паровая стерилизация
Это выполняется в оборудовании, называемом автоклавом, который способен создавать высокое давление, создаваемое водяным паром, который не может выйти. Аналогичным образом увеличивается температура кипения воды, что позволяет ей достигать температуры выше 100 ºC.
В автоклаве стерилизуются материалы для культивирования тканей, хирургические материалы, материалы для использования в лабораториях, питательные среды и т. Д. Условия, используемые для стерилизации в автоклаве, следующие: давление 15 фунтов, температура 121 ºC и продолжительность 15 минут.
Готовить еду
Пища нагревается, помещая ее в воду. Во время приготовления используются температуры, равные температуре кипения воды (100 ºC). Пища нагревается в течение времени, указанного в опыте, для достижения оптимальных условий для приема внутрь.
В китайской кухне используется минимальное кипячение и приготовление на пару, чтобы сохранить цвет, текстуру и вкус пищи. Для приготовления на медленном огне используются температуры ниже точки кипения. Для приготовления пищи также используется пар.
Скороварка
Скороварка используется при приготовлении пищи. Его работа основана на его способности ограничивать утечку водяного пара, образующегося в атмосферу, который вызывает повышение внутреннего давления.
Повышение давления, оказываемого на поверхность жидкости в емкости, приводит к повышению температуры кипения и достижению температуры выше 100 ° C. Это сокращает время приготовления и, следовательно, экономит топливо.
Рассеивание тепла
Вода кипятится на гидрофильных поверхностях для охлаждения ядерных реакторов и мощных электронных устройств, предотвращая их перегрев. Чтобы достичь точки кипения и закипеть, вода должна забирать тепло из окружающей среды, и это вызывает снижение ее температуры.
Определение молярной массы растворенных веществ
Повышение температуры кипения воды - коллигативное свойство; и, следовательно, зависит от концентрации растворенного вещества. Зная это, можно оценить молярную массу растворенного вещества. Однако есть более точные методы, такие как масс-спектрометрия, которая все еще остается полезным методом.
Сахарная промышленность
При рафинировании тростникового сахара для производства кристаллического сахара тростниковый сок кипятят, и температура, которой он достигает, зависит от концентрации в нем сахара.
Повышение температуры кипения тростникового сока является мерой концентрации сахара в растворе. Это важная информация для достижения кристаллизации сахара.
Ссылки
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
- Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (26 сентября 2019 г.). Определение кипения в химии. Получено с: thinkco.com
- Wikipedia. (2019). Точка кипения. Получено с: en.wikipedia.org
- Бреслин В. и Уайлер К. (29 сентября 2019 г.). Кипение. Получено с: chem.libretexts.org
- Кипение. Получено с: chem.purdue.edu
- Редакторы энциклопедии Британника. (19 мая 2015 г.). Кипение. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
- Проф. София Гутьеррес де Гамбоа. (2008). Стерилизация человеческим теплом. , Получено с: ucv.ve
- Университет Пердью. (30 апреля 2018 г.). Водоотталкивающие поверхности могут эффективно кипятить воду, сохраняя прохладу электроники. ScienceDaily. Получено с: sciencedaily.com
- Бреннан, Джон. (2019). Использование повышения точки кипения. sciencing.com. Получено с: sciencing.com