Чому етиловий спирт випаровується швидше за воду. Випаровування як фізичне явище

Як і в будь-якій іншій рідині, є , енергія яких дозволяє їм подолати міжмолекулярне тяжіння. Ці молекули з силою розганяються та вилітають на поверхню. Тому якщо склянку з водою накрити паперовою серветкою, через деякий час вона стане трохи вологою. Але випаровування води у різних умовах протікає з різною інтенсивністю. Ключовими фізичними характеристиками, що впливають на швидкість перебігу даного процесу та його тривалість, є щільність речовини, температура, площа поверхні, наявність. Чим більша щільність речовини, тим ближче один до одного розташовані молекули. А значить, їм складніше подолати міжмолекулярне тяжіння, і вони набагато менше вилітають на поверхню. Якщо помістити дві рідини з різною щільністю (наприклад, воду і метиловий) в однакові умови, то швидше випарується та щільність якої менше. Щільність води дорівнює 0,99 г/см3, а густина метилового - 0,79 г/см3. Отже, метанол випарується швидше. Не менш важливим фактором, що впливає швидкість випаровування води, є температура. Як мовилося раніше, випаровування за будь-якої температури, але з її збільшенням швидкість руху молекул зростає, і вони у більшій кількості залишають рідину. Тому палаюча водавипаровується швидше, ніж холодна. Інтенсивність випаровування води залежить також від площі її поверхні. Вода, налита в пляшку з вузьким шийкою випаровуватиметься , т.к. молекули, що вилетіли, осідатимуть на стінках, що звужуються вгорі, пляшки і скочуватимуться назад. А молекули води, що знаходиться у блюдці, безперешкодно залишатимуть рідину. Процес випаровування значно прискориться, якщо над поверхнею, з якої відбувається випаровування, переміщуються повітряні потоки. Справа в тому, що, крім виходу молекул з рідини, відбувається їх повернення назад. І чим сильніша циркуляція повітря, тим менше молекул, опускаючись, потраплять назад у воду. Отже, обсяг її стрімко зменшуватиметься.

Джерела:

• випаровування води

Різні властивості води протягом багатьох років цікавлять вчених. Вода може знаходитися в різних станах – твердому, рідкому та газоподібному. При звичайній середній температурі вода має вигляд рідини. Її можна пити, поливати нею рослини. Вода може розтікатися і займати певні поверхні і набувати форми судин, в яких вона знаходиться. То чому ж вода рідка?

Вода має особливу структуру, завдяки якій набуває вигляду рідини. Вона може литися, текти та капати. У кристалах твердих речовин є впорядкована структура. У газоподібних речовин структура виражена як повний хаос. Вода ж – проміжна структура між газоподібною речовиною. Частинки у структурі води розташовані на невеликих відстанях одна від одної та відносно впорядковано. Але оскільки частки з часом віддаляються одна від одної, то й порядок структури швидко зникає.

Сили міжатомного та міжмолекулярного впливу задають між частинками середню відстань. Молекули води складаються з атомів кисню та водню, де атоми кисню однієї молекули притягуються до атомів водню іншої молекули. Утворюється водневих зв'язків, яка і надає воді певних властивостей плинності, при цьому структура самої води практично ідентична структурі кристала. За допомогою численних дослідів те, що вода сама задає собі структуру у вільному обсязі.

При з'єднанні води з твердими поверхнями структура води починає об'єднуватися зі структурою поверхні. Так як структура шару води, що межує, залишається без змін, то починають змінюватися його фізико-. Змінюється в'язкість води. З'являється можливість розчиняти речовини з певною структурою та властивостями. Вода спочатку є прозорою безбарвною рідиною. Фізичні властивості води можна називати аномальними, оскільки вона має досить високу температуру кипіння та замерзання.

Вода має поверхневий натяг. Наприклад, вона має аномально високі температури замерзання та кипіння, а також поверхневий натяг. Питомі випаровування та плавлення у води значно вищі, ніж у будь-яких інших речовин. Дивовижна особливість у тому, що густина води вища, ніж густина льоду, що дозволяє льоду плавати на поверхні води. Всі ці чудові властивості води як рідини знову пояснюються існуванням у ній тих водневих зв'язків, якими пов'язані молекули.

Будова молекули води із трьох атомів у геометричній проекції тетраедра призводить до виникнення дуже сильного взаємного тяжіння молекул води одна до одної. Вся справа у водневих зв'язках молекул, адже кожна молекула може утворити чотири абсолютно однакові водневі зв'язки з іншими молекулами води. Цей факт і пояснює те, що вода рідка.

Не секрет, що прісної води на

Наукова теорія дозволяє не тільки зрозуміти, чому речовина може перебувати в газоподібному, рідкому та твердому станах, але й пояснити процес переходу речовини з одного стану в інший.

Випаровування - це процес, при якому рідина поступово переходить у повітря у формі пари або газу.

Усі рідини випаровуються, але з різною швидкістю.

Молекули рідини рухаються безладно.

На поверхні рідини її молекули рухаються швидше за ті, що знаходяться внизу, і вони можуть відлітати в повітря, долаючи сили зчеплення. Це і є випаровування.

Коли рідина підігріта, випаровування відбувається швидше – у теплій рідині швидкість руху молекул більша, більше молекул має шанс залишити рідину. Вилетіла молекула бере участь у безладному тепловому русі газу. Безладно рухаючись, вона може назавжди відійти від поверхні рідини, що знаходиться у відкритій посудині, але може повернутися знову в рідину.

У закритій посудині випаровування відсутнє, тому що пара швидко досягає точки насичення, коли кількість молекул, що залишають рідину, дорівнює кількості молекул, що повернулися до неї.

Якщо повітря над рідиною рухається, швидкість випаровування збільшується, оскільки потік повітря над судиною забирає пари рідини, що утворилися. Чим більша поверхня рідини, що випаровується, тим швидше відбувається випаровування. Вода в круглій сковорідці випаровується швидше, ніж у високому глеку.

При випаровуванні рідина залишають швидші молекули, тому середня кінетична енергія молекул рідини зменшується. Це означає, що відбувається зниження температури рідини. Змочивши руку якою-небудь рідиною, що швидко випаровується (спирт, ацетон), можна відчути сильне охолодження змоченого місця. Охолодження посилитися, якщо на руку подути.

Кругообіг води в природі

У сильну спеку річки, ставки та озера меліють, вода випаровується, тобто з рідкого стану переходить у газоподібний – перетворюється на невидиму пару. Зміст парів води у повітрі називається вологістю повітря. Вона залежить від температури. Так, повітря за температури +20 градусів за Цельсієм містить у 4 рази більше води, ніж за 0 градусів за Цельсієм. Тепло – ось причина цього явища. Протягом дня, вода калюж, ставків, озер, річок, морів, волога, що міститься в рослинах нагрівається Сонцем і випаровується причому швидше, ніж сильніше нагріта. Це можна помітити, якщо дві однакові тарілки наповнити різною кількістю води і одну з них виставити на сонцепек, а іншу помістити в тінь. Там де вода нагрівається сонячним промінням, вона випаровуватиметься помітно швидше. Прискорює випаровування та вітер. Вологий аркуш паперу на вітрі висохне швидше, ніж залишений там, де повітря спокійне і нерухоме.

Випаровується вода швидше і там, де суші навколишнє повітря. У спекотні сухі дні людина потіє, але піт мало його турбує: вона миттєво висихає. А коли стоїть волога спека, від поту намокає навіть одяг. Але якщо волога постійно випаровується з морів, річок, озер, якщо вона йде з рослин і зникає в атмосфері, то чому тоді Земля не висихає?

Це не буває тому, що вода робить постійний кругообіг. Випарившись, вона піднімається разом із нагрітим повітрям, набираючи форми дрібних крапельок.

Понад 70% поверхні земної кулі покрито водами світового океану. Але був час, коли морів не було зовсім. Вчені вважають, що близько 3500 млн років тому наша Земля була дуже гарячою і її оточували величезні клуби пари. Поступово земля остигала, остигала і навколишня пара. Охолоджуючи, пара перетворювався на воду в атмосфері Землі і наповнював западини в земній поверхні, утворюючи перші землі моря.

Вода Землі постійно переміщається з місця на інше:

1. З поверхні моря безперервно випаровуються крихітні частинки води, невидимі неозброєним оком. Вони стають частиною навколишнього повітря у вигляді водяної пари.

2. Це процес випаровування. Вода перетворюється на водяну пару з поверхні водойм практично в будь-яку погоду. Але влітку в спеку, цей процес йде значно швидше та інтенсивніше.

3. Повітря, піднімаючись до верху, стає холоднішим. Опинившись на великій висоті, водяна пара згущується в крихітні крапельки води, які зависають у повітрі у вигляді хмар.

4. Вітер переносить хмари на небі.

5. Крихітні крапельки, що утворюють хмари, поєднуються один з одним - як саме це відбувається, вченим поки невідомо - і випадають на землю у вигляді дощу.

6. Якщо повітря дуже холодне, крапельки в хмарах замерзають і випадають у вигляді сніжинок.

7. На вершинах гір сніг лежить цілий рік. Звідти по гірських схилах стікають маленькі струмки, що підживлюються снігом, що тане.

8. Інші струмки підживлюються дощовою водою. Всі ці потічки, струмки з часом впадають у великі річки.

9. Річки стікають із гір і зрештою впадають у море. Таким чином, вода, що випарувалася з поверхні нашої планети, повертається на неї.

Процес випаровування – це дуже цікаве фізико-хімічне явище, його цікаво спостерігати та відзначати, як воно часто зустрічається у нашому житті.

Я думаю, що наука ще не раз використовує процес випаровування для користі людини та нашої планети.

Глава II «Практичні досліди»

ДОСВІД № 1 «Залежність швидкості випаровування від різних факторів»

1. Залежність випаровування від температури

Обладнання:

▪ 2 склянки одного обсягу

▪ 2 блюдця різного діаметру

▪ 2 аркуші паперу

▪ градусник для рідин

Хід досвіду:

Наллємо в дві однакові склянки холодну та гарячу воду. Зазначимо рівень води у склянках. Через 12 хвилин вода в гарячій склянці випарується швидше.

Висновок: Це тому, що в підігрітій рідині молекули збільшують швидкість під впливом високої температури. Вони штовхають один одного так сильно, що деякі вириваються назовні та розсіюються між молекулами повітря у вигляді водяної пари.

2. Залежність випаровування від площі поверхні, що випаровується, якщо температура рідини однакова.

Хід досвіду:

Наллємо гарячу воду (для прискорення процесу досвіду) у блюдця різного діаметру. Зазначимо рівень води. Через 10 хвилин вода у великому блюдці випарувалася швидше (об'єм рідини став меншим).

Висновок: Чим більша поверхня рідини, що випаровується, тим швидше відбувається випаровування, так як кількість молекул, що випаровуються, буде більше на більшій площі.

3. Залежність випаровування від вітру.

Хід досвіду:

Намочимо два однакові аркуші паперу водою. Один залишимо висихати на повітрі, а на інший за допомогою фена направимо струмінь холодного повітря. Через 10 хвилин лист став сухим, інший залишався вологим ще годин.

Висновок: Якщо повітря над рідиною рухається, швидкість випаровування збільшується, оскільки потік повітря допомагає молекулам рідини відірватися від поверхні та перейти у пароподібний стан. Гаряче повітря прискорить цей процес.

4. Залежність випаровування від роду речовини.

Хід досвіду:

Намочимо два аркуші паперу різними рідинами: водою та спиртом. Через 3 хвилини спирт з листа повністю випарувався, лист зволожений водою залишався сирим 20 хвилин.

Висновок: Процес випаровування речовин не однаковий. Це залежить від сил, що утримують молекули цієї речовини.

Швидкість випаровування можна змінювати, знаючи фактори, що впливають цей процес!

ДОСВІД № 2 «Виділення речовини із розчину. Кристалізація цукру».

Потрібно:

▪ Склянка

▪ Гаряча вода

▪ Чайна ложка

▪ Товста бавовняна нитка довжиною 10 см.

▪ Скріпка

▪ Олівець

Хід досвіду:

1. Налити в чашку гарячої води і, помішуючи ложечкою, додавати цукор доти, доки він не перестане розчинятися. Робити треба швидко, щоб вода не встигла охолонути і розчинила більше цукру.

2. Вилити розчин у склянку.

3. Прив'язати один кінець до середини олівця, а інший до скріпки.

4. Покласти олівець на склянку так, щоб нитка поринула в розчин, залишаючись натягнутою.

5. Поставити склянку в холодне місце і залишити її на день.

Результат: На нитках утворилися кристали цукру.

Висновок: Гаряча вода допомогла створити перенасичений розчин. Коли вода охолола, вона не змогла втримати таку кількість цукру, і надлишки його утворили кристали. Коли перенасичений розчин остигає, частина розчиненої речовини виділяється з розчинника (вода) у вигляді кристалів. Вода є чудовим розчинником, але є багато розчинів, у яких розчинником є ​​спирт: парфуми, лаки, клеї. Переваги цих продуктів (аромат парфумів, непроникність лаків, сполучна здатність клеїв) пов'язані з тим, що спирт швидко випаровується, залишаючи на поверхні розчинені речовини.

Випаровування дозволяє виділити речовини з розчину!

Висновок

Працюючи над темою випаровування, знайшов відповіді свої запитання. Я дізнався, як відбувається випаровування, що швидкість випаровування речовин різна. Люди активно використовують процес випаровування у своєму житті, застосовують його у виробництві різних механізмів та машин, використовують у побуті. У природі цей процес відбувається незалежно від діяльності і завдання людей – не порушувати цей процес. Для цього необхідно любити природу та любити нашу Землю! Досліди, які я провів, були дуже цікавими, і я думаю, що можна провести ще багато інших дослідів на цю тему. Зараз, коли я дивлюся «Діскавері» або читаю книги, я завжди звертаю увагу на випаровування, що відбувається в природі або в житті людини, і я радий, що вже багато знаю про нього!

Кипіння - швидкий процес, і від окропу за короткий термін не залишається і сліду, вона перетворюється на пару.

Але є й інше явище перетворення води чи іншої рідини на пару - це випаровування. Випаровування відбувається за будь-якої температури незалежно від тиску, який у звичайних умовах завжди близький до 760 мм рт. ст. Випаровування, на відміну кипіння,- дуже повільний процес. Флакон із одеколоном, який ми забули закрити, виявиться порожнім через кілька днів; більше часу o простоїть блюдце з водою, але рано чи пізно і воно виявиться сухим.

У процесі випаровування велику роль відіграє повітря. Сам собою він не заважає воді випаровуватися. Як тільки ми відкриємо поверхню рідини, молекули води почнуть переходити до найближчого повітряного шару.

Щільність пари в цьому шарі швидко зростатиме; через невеликий термін тиск пари стане рівним пружності, характерної температури середовища. При цьому пружність пари буде точно такою ж як і за відсутності повітря.

Перехід пари повітря не означає, звичайно, зростання тиску. Загальний тиск у просторі над водяною поверхнею не зростає, збільшується лише частка у цьому тиску, яку бере на себе пар-, і відповідно зменшується частка повітря, що витісняється парою.

Над водою є пара, перемішана е повітрям, вище знаходяться шари повітря без пари. Вони неминуче перемішуватимуться. Водяна пара буде безперервно переходити в вищі шари, а на його місце в нижній шар надходитиме повітря, що не містить молекул води. Тому в найближчому до води шарі постійно звільнятимуться місця для нових молекул води. Вода безперервно випаровуватиметься, підтримуючи тиск водяної пари біля поверхні рівним пружності, і процес триватиме доти, доки вода не випарується повністю.

Ми почали з прикладу з одеколоном та водою. Добре відомо, що вони випаровуються з різною швидкістю. Винятково швидко випаровується ефір, досить швидко - спирт і багато повільніше - вода. Ми відразу зрозуміємо, у чому справа, якщо знайдемо в довіднику значення пружності парів цих рідин, скажімо, при кімнатній температурі. Ось ці цифри: ефір – 437 мм рт. ст., спирт – 44,5 мм рт. ст. та вода - 17,5 мм рт. ст.

Чим більша пружність, тим більша пара в прилеглому шарі повітря і тим швидше рідина випаровується. Ми знаємо, що пружність пари зростає із підвищенням температури. Зрозуміло, чому швидкість випаровування збільшується при нагріванні.

На швидкість випаровування можна вплинути ще й іншим способом. Якщо хочемо допомогти випаровування, треба швидше відводити пар від рідини, т. е. прискорити перемішування повітря. Саме тому випаровування сильно прискорюється обдуванням рідини. Вода, хоч і має відносно невелику пружність пари, зникне досить швидко, якщо блюдце поставити на вітрі.

Зрозуміло тому, чому плавець, що вийшов із води, відчуває холод на вітрі. Вітер прискорює перемішування повітря з парою і, отже, прискорює випаровування, а тепло випаровування змушене віддати тіло людини.

Самопочуття людини залежить від того, багато чи мало водяної пари знаходиться в повітрі. І сухе та вологе повітря неприємні. Вологість вважається нормальною, коли вона дорівнює 60%. Це означає, що щільність водяної пари становить 60% від щільності насиченої водяної пари при тій же температурі.

Якщо вологе повітря охолоджувати, то зрештою тиск водяної пари в ньому зрівняється з пружністю пари при цій температурі. Пара стане насиченою і при подальшому зниженні температури почне конденсуватися у воду. Ранкова роса, що зволожує траву та листя, з'являється саме завдяки такому явищу.

При 20°С щільність насиченої пари води - близько 0,00002 г/см 3 . Ми будемо добре почуватися, якщо в повітрі знаходиться водяна пара 60% від цього числа - значить, лише трохи більше однієї стотисячної частки грама в 1 см 3 .

Хоч ця цифра і мала, але для кімнати вона призведе до значних кількостей пари. Неважко підрахувати, що в кімнаті середніх розмірів з площею 12 м 2 і висотою 3 м може "зміститися" у вигляді насиченої пари близько кілограма води.

Значить, якщо щільно закрити таку кімнату і поставити відкриту бочку з водою, то випарується літр води, якою б не була ємність бочки.

Цікаво порівняти цей результат для води із відповідними цифрами для ртуті. При тій же температурі 20°С щільність насиченої пари ртуті - 10 -8 г/см 3 .

У кімнаті, про яку щойно йшлося, вміститься не більше 1 г парів ртуті.

До речі, ртутні пари дуже отруйні, і 1 г ртутної пари може серйозно пошкодити здоров'ю будь-якої людини. Працюючи з ртуттю, треба стежити, щоб навіть найменша крапелька ртуті не пролилася.

Всі знають, що якщо розвісити випрану білизну, то вона висохне. І так само очевидно, що мокрий тротуар після дощу обов'язково стане сухим.

Випаровування - це процес, при якому рідина поступово переходить у повітря у формі пари або газу. Усі рідини випаровуються з різною швидкістю. Спирт, аміак та гас випаровуються швидше за воду.

Існують дві сили, що впливають на молекули, з яких складаються всі речовини. Перша – це зчеплення, яке утримує їх між собою. Інша — тепловий рух молекул, який змушує їх розлітатись у різні сторони. Коли ці дві сили врівноважені, маємо рідину.

На поверхні рідини її молекули перебувають у русі. Ці молекули, які рухаються швидше за сусідні, що знаходяться внизу, можуть відлітати в повітря, долаючи сили зчеплення. Це і є випаровування.

Коли рідина підігріта, випаровування відбувається швидше. Так відбувається тому, що в теплій рідині швидкість руху молекул більша, більше молекул має шанс залишити рідину. У закритій посудині випаровування відсутнє. Так відбувається тому, що кількість молекул у парі досягає певного рівня. Тоді кількість молекул, що залишають рідину, дорівнюватиме кількості молекул, що повернулися до неї. Коли це відбувається, ми можемо сказати, що пара досягла точки насичення.

Коли повітря над рідиною рухається, швидкість випаровування збільшується. Чим більша поверхня рідини, що випаровується, тим швидше відбувається випаровування. Вода в круглій сковорідці випарується швидше, ніж у високому глеку.

Куди зникає вода, коли вона висихає?

Виглянувши на вулицю чи подивившись на дорогу, ви побачили там воду. Одна година яскравого сонячного світла – і вода зникає! Або, наприклад, вивішена на мотузці білизна висихає до кінця дня. Куди зникає вода?

Ми говоримо, що вода випаровується. Але що це означає? Випаровування - це процес, при якому рідина на повітрі швидко стає газом або парою. Багато рідин випаровуються дуже швидко, набагато швидше, ніж вода. Це стосується алкоголю, бензину, нашатирного спирту. Деякі рідини, наприклад, ртуть, випаровуються дуже повільно.

Чому відбувається випаровування? Щоб зрозуміти це, треба дещо уявляти про природу матерії. Наскільки ми знаємо, кожна речовина складається із молекул. Дві сили впливають на ці молекули. Одна з них — зчеплення, яке притягує їх одне до одного. Інша - це тепловий рух окремих молекул, який змушує їх розлітатися.

Якщо сила зчеплення вища, речовина залишається у твердому стані. Якщо ж тепловий рух настільки сильний, що він перевершує зчеплення, то речовина стає або є газом. Якщо дві сили приміряло врівноважені, тоді ми маємо рідину.

Вода, звісно, ​​є рідиною. Але на поверхні рідини є молекули, які рухаються настільки швидко, що долають силу зчеплення та відлітають у простір. Процес вильоту молекул і називається випаровуванням.

Чому вода випаровується швидше, коли вона перебуває на сонці чи нагрівається? Чим вища температура, тим інтенсивніший тепловий рух у рідині. Це означає, що дедалі більше молекул набирає достатню швидкість, щоб полетіти. Коли відлітають найшвидші молекули, швидкість молекул, що залишилися, в середньому сповільнюється. Чому рідина, що залишається, охолоджується за рахунок випаровування.

Отже, коли вода висихає, це означає, що вона перетворилася на газ чи пару та стала частиною повітря.