I.16.2.3. Vaporizarea și condensarea
Vaporizarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă (vapori), prin încălzire.
Condensarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare gazoasă în stare lichidă, prin răcire. Este fenomenul invers al vaporizării.
Vaporizarea poate avea loc în două moduri:
a) Evaporarea este vaporizarea care are loc doar la suprafața lichidului.
b) Fierberea este vaporizarea care are loc în toată masa lichidului și începe odată cu apariția primului clocot.
Factorii ce influențează viteza de evaporare a unui lichid sunt:
-
Natura substanței: unele substanțe (acetona, eterul, benzina, alcoolul etc.), numite lichide volatile se evaporă foarte repede, altele se evaporă mai încet (apa, uleiul).
-
Gura vasului (suprafața de evaporare): cu cât este mai mare, evaporarea are loc mai repede.
-
Zvântarea (suflarea) grăbește evaporarea, prin înlăturarea vaporilor de deasupra lichidului.
-
Temperatura cu cât este mai mare, cu atât evaporarea are loc mai repede.
Viteza de evaporare a unui lichid este dată de formula:
k = constantă de proporționalitate care depinde în principal de natura lichidului
S = aria suprafeței libere a lichidului
ps = presiunea vaporilor saturați ai lichidului la temperatura de evaporare
pv = presiunea vaporilor lichidului în apropierea suprafeței libere a lichidului
Materiale necesare:
Un termometru, vată sau pansament, alcool.
Descrierea experimentului:
- Citește temperatura aerului din cameră cu ajutorul termometrului.
- Înfășoară cu vată (sau pansament) rezervorul termometrului şi picură alcool pe acesta.
- Urmărește indicațiile termometrului până când vata cu alcool se usucă şi citește temperatura indicată de termometru .
Temperatura termometrului a scăzut.
Concluzia experimentului:
Când un lichid se evaporă el absoarbe căldură din mediul înconjurător (termometru).
Faptul că evaporarea necesită consum de căldură, adică evaporarea este însoţită de o scădere de temperatură, îşi găseşte o serie de aplicaţii practice:
-
stropitul străzilor vara, pentru a se produce o atmosferă mai răcoroasă;
-
anestezia locală foloseşte, de asemenea, răcirea prin evaporare – prin răcire nervii locali amorţesc, nu mai transmit senzațiile dureroase la creier şi bolnavul nu mai simte durerea.
-
în agricultură, un mijloc pentru reducerea evaporării apei din sol este aratul.
Aplicații în viața cotidiană:
1. De ce ne răcorește ventilatorul?
Elicea ventilatorului îndepărtează vaporii de apă din jurul corpului nostru, crescând astfel viteza de evaporare a transpirației noastre, care absorbe căldură la evaporare și ne dă senzația de răcorire.
2. De ce când ieșim din apă, avem senzație de frig?
Când ieșim din apă are loc evaporarea apei care absoarbe căldură de pe corpul nostru și determină scăderea temperaturii corpului.
3. Principiul anesteziei locale:
Pe o zonă a corpului se aplică un lichid volatil (ex lidocaină). La evaporare absoarbe căldură, zona se răcește și nervii locali nu mai transmit durerea la creier.
4. Când suportăm mai bine canicula verii, când aerul este uscat sau umed?
Omul suportă mai ușor canicula când aerul este uscat (nu este saturat cu vapori de apă) întrucât transpirația de pe noi se poate evapora mai ușor , absoarbe căldură la evaporare și ne răcorește.
🔥 Atenție când lucrezi cu surse de foc!
Materiale necesare:
Un termometru, vată sau pansament, alcool.
Descrierea experimentului:
- Pune paharul cu apă pe sită și trepied.
- Măsoară temperatura inițială a apei.
- Aprinde spirtiera și pornește cronometrul la începerea încălzirii apei.
- Măsoară timpul la fiecare creștere a temperaturii apei cu 10°C și trece datele în următorul tabel:
Apa începe să fiarbă la 100°C. Pe parcursul fierberii, temperatura apei rămâne la 100°C, chiar dacă continuăm încălzirea.
- Reprezintă graficul dependenței temperaturii în funcție de timp.
- Fenomenele corespunzătoare fiecărui segment sunt:
AB, BC, CD reprezintă evaporarea apei
DE reprezintă fierberea apei
Legile fierberii:
I. Fiecare lichid începe să fiarbă la o anumită temperatură numită temperatură de fierbere, Tf care este o constantă de material (tabel).
Temperaturile de fierbere din tabelul cu constantele de material sunt pentru presiuni normale.
La creșterea presiunii, temperatura de fierbere crește. Astfel dacă fierbem apa în vase ermetic închise, ea nu va mai fierbe la 100°C, ci la 120-140°C. Pe această proprietate se bazează fierberea rapidă a legumelor tari în oalele sub presiune (oale minune) și sterilizarea instrumentelor medicale în autoclave.
Legile fierberii:
II. Pe parcursul fierberii unui lichid (de la primul clocot până la vaporizarea completă) temperatura de fierbere este constantă, la aceeași presiune.
🔥 Atenție când lucrezi cu surse de foc! 🔥 Atenție, fierberea apei la presiuni mari este periculoasă !
Materiale necesare:
Pahar Erlenmeyer cu apă distilată, spirtieră, trepied, sită de azbest, dop cu termometru și tub, dop pentru tub.
Descrierea experimentului:
- Pune paharul cu apă pe sită și trepied și încălzește-l la spirtieră.
- Pune dopul la gura tubului gâtuind ieșirea vaporilor din vas pentru a mări presiunea la suprafața apei.
- Observă la ce temperatură fierbe apa.
Apa fierbe la o temperatură mai mare decât temperatura ei de fierbere (103°C).
Concluzia experimentului:
La creșterea presiunii crește și temperatura de fierbere a apei.
Materiale necesare:
Apă caldă la 60°C, seringă cu tub, termometru.
Descrierea experimentului:
- Trage apa caldă (la 60°C) în seringă.
- Întoarce seringa cu tubul în sus și elimină aerul din seringă și tub.
- Închide tubul prin îndoirea lui.
- Trage pistonul seringii în jos pentru a micșora presiunea deasupra apei.
- Observă ce se întâmplă cu apa din seringă.
Apa fierbe la 60°C.
Concluzia experimentului:
La scăderea presiunii scade și temperatura de fierbere a apei.
Pe vârful Everest (8848 m) apa fierbe la 69 °C.
În vid (presiune atmosferică zero) apa poate fierbe la 0°C.
Materiale necesare:
Pahar, congelator.
Descrierea experimentului:
- Ia un pahar curat și uscat și pune-l la congelator, timp de 10 - 15 minute.
- Scoate paharul din congelator.
- Ce observi pe pereții săi după câteva minute?
Pe pereții paharului sunt picături de apă.
Concluzia experimentului:
Apa apărută de nicăieri s-a format prin condensarea vaporilor de apă din cameră, care venind în contact cu pereții reci ai paharului, se răcesc și se transformă în picături mici de apă.