§ 27. Випаровування. Властивості насиченої та ненасиченої пари

ВИПАРОВУВАННЯ. Молекули рідини перебувають у безперервному хаотичному русі. Деякі з них, потрапляючи на її поверхню, можуть залишати рідину і переміщатися у простір над нею. Сукупність молекул над поверхнею рідини утворює пару.

Явище переходу рідини в пару називають пароутворенням.

Пароутворення здійснюється двома способами — випаровуванням і кипінням.

Випаровування — пароутворення, що здійснюється за будь-якої температури з вільної поверхні рідини.

Оскільки з рідини під час випаровування вилітають найшвидші молекули, то середня швидкість руху тих, що залишилися, зменшується. Процес випаровування рідини супроводжується поглинанням енергії. Відповідно, під час випаровування температура рідини знижується.

Випаровування має велике значення в житті людини і тварин. Його ускладнення порушує процес охолодження тіла і може призвести до перегрівання. Після купання поверхня тіла людини охолоджується через випаровування води зі шкіри (при цьому відчувається прохолода, і повітря здається холоднішим, ніж вода).

Завдяки тому, що 2/3 поверхні Землі вкрито водоймами та постійно відбуваються процеси випаровування, підтримується тепловий баланс нашої планети.

Харчові продукти перевозять спеціальними транспортними засобами, обладнаними холодильними пристроями, в роботі яких використовується випаровування рідкого аміаку або двоокису вуглецю.

У місцевостях із жарким кліматом воду намагаються зберігати у пористих глиняних посудинах. Вода, просочуючись крізь пори такої посудини, випаровується, і в результаті цього посудина та вода в ній залишаються прохолодними.

Інтенсивність випаровування залежить від: площі відкритої поверхні рідини (чим більша поверхня, тим більша кількість молекул вилітає з неї), температури (із підвищенням температури процес випаровування відбувається інтенсивніше) та зовнішніх умов. Наприклад, вам відомо, що у вітряну суху погоду мокра білизна сохне значно швидше ніж у безвітряну погоду після дощу. Швидкість випаровування залежить також від природи речовини, що випаровується. Зокрема, вода випаровується швидше за олію, але спирт — швидше за воду. Це пояснюється різними силами взаємодії між молекулами названих речовин.

Досвід доводить, що випаровуватися можуть і тверді тіла. Наприклад, лід, який утворився на калюжі поступово зникає. Процес випаровування твердих речовин називають сублімацією.

КОНДЕНСАЦІЯ. У процесі хаотичного руху деякі молекули, що містяться у парі, можуть повернутись у рідину — відбувається конденсація.

Процес переходу молекул з пари в рідину називають конденсацією.

Конденсацію водяної пари ви можете спостерігати під час її охолодження. Наприклад, улітку, коли надвечір повітря стає прохолодним, водяна пара, що міститься у ньому конденсується, утворюючи краплинки роси на рослинах, а над поверхнею озера можемо спостерігати як стелиться туман — маленькі краплинки води. Над поверхнею води, що кипить, скажімо, в чайнику, також утворюється туман. Водяна ж пара, що міститься в повітрі, — невидима.

Конденсація пари супроводжується виділенням енергії. Цим пояснюється той факт, що одразу після дощу стає дещо тепліше.

НАСИЧЕНА ТА НЕНАСИЧЕНА ПАРА. Процес пароутворення відбувається одночасно з процесом конденсації. Деякі молекули залишають поверхню рідини, інші повертаються. Один із цих процесів може переважати над іншим. Наприклад, якщо залишити склянку з водою на столі, то через деякий час рідина повністю перетвориться на пару. У цьому випадку процес пароутворення переважає над конденсацією. Якщо ж ємкість буде закритою, то рідина в ній зберігатиметься доволі довго — процеси пароутворення та конденсації зрівноважені. Такий стан називають динамічною рівновагою.

Динамічною рівновагою називають стан, за якого кількість молекул, що переходять з рідини в пару, дорівнює кількості молекул, що переходять з пари в рідину.

Накриємо посудину, що містить рідину і пару. Через деякий час між рідиною і парою настане стан динамічної рівноваги. Кількість молекул, що переходять із рідини в пару за певний час, дорівнюватиме кількості молекул, які переходять із пари в рідину (конденсат) за той самий час.

Отже, під час динамічної рівноваги у певному об’ємі за певної температури не може бути вміщено більшої кількості пари, ніж є.

Пару, що перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою. Якщо ж процес пароутворення переважає над конденсацією, то пара є ненасиченою.

Результати спостережень свідчать, що тиск і густина ненасиченої пари залежать від речовини, з якої вона складається, температури, а також об’єму, в якому пара міститься.

Отже, у певному об’ємі за певної температури не може міститися більшої кількості пари відповідної рідини.

Температуру за якої пара стає насиченою називають точкою роси.

Головне в цьому параграфі

Сукупність молекул, що перебувають у просторі над рідиною, називають парою, а процес переходу рідини у стан пари — пароутворенням.

Пароутворення відбувається двома способами — випаровуванням і кипінням.

Випаровування — пароутворення, що відбувається за будь-якої температури з вільної поверхні рідини.

Пару, що перебуває в тепловій динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою. Густина і тиск насиченої пари за незмінної температури є величинами постійними.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що називають пароутворенням; конденсацією; випаровуванням; парою?
• 2. Назвіть чинники, від яких залежить інтенсивність випаровування рідини.
• 3. Поясніть, чому під час випаровування рідини її температура знижується.
• 4. Яку пару називають насиченою; ненасиченою?
• 5. Які властивості мають насичена і ненасичена пари?

§ 14. Дослідження швидкості випаровування рідин (на прикладі води, етилового спирту та олії)

Дорогі дослідники і дослідниці природи! Усе, що ми робили до цього, — спостереження, моделювання, класифікування. Утім, існує ще один потужний метод дослідження природи — експеримент. Це відтворення певних природних явищ у штучно створених умовах з метою їх дослідження і встановлення причинно-наслідкових зв’язків між ними.

Проведемо експеримент, що дозволить нам вивчити, від яких чинників і як саме залежить випаровування рідин. Візьмемо три різні рідини — добре відому нам воду, етиловий спирт і рослинну олію та помістимо по одній краплі з піпетки на три предметні скельця.

Залишимо їх на столі й поглядатимемо подеколи, але відмітимо час початку експерименту і як тільки котрась із крапель зникне, зафіксуємо і цей час також.

Так робитимемо й в усіх інших експериментах.

Далі візьмемо спирт кімнатної температури і по одній краплі нанесемо на три скельця: холодне з холодильника, кімнатної температури і гаряче. Залишимо їх, але слідкуватимемо й за ними.

Окремо візьмемо два скельця кімнатної температури й таку ж воду. Помістимо по краплі води на кожне з них. Одне не зачіпатимемо, а інше помістимо в зону сильного вітру (створимо її за допомогою вентилятора, але так, щоб він не здував краплю). І також спостерігатимемо за скельцями з краплями.

Візьмемо ще два скельця і крапнемо на них по дві-три краплі води. На одному лишимо краплі такими, якими вони утворилися під час крапання, а на іншому максимально розподілимо воду по склу за допомогою скляної палички. І також спостерігатимемо за цими двома скельцями .

Чи однаково швидко випаровуються різні рідини?

Час, за який крапля випарувалася

Чи впливає температура на швидкість випаровування?

Спирт на холодному склі

Спирт на склі кімнатної температури

Спирт на гарячому склі

Чи впливає вітер на швидкість випаровування?

Вода за відсутності вітру

Вода, на яку впливає вітер

Чи впливає площа випаровування на його швидкість?

Завдання

1. Закінчи одне з речень і поділися ним з учителем / учителькою.

• Я став більш обізнаним щодо.

• Я був здивований.

• Я побачив зв’язок.

2. Яка рідина випаровуватиметься швидше за інші?

• А гарячий спирт
• Б гаряча вода
• В холодний спирт
• Г гаряча олія

3. Обери всі правильні твердження.

• А чим більша площа поверхні, тим швидше відбувається випаровування
• Б мокра сукня висохне швидше за безвітряної погоди, аніж на вітрі
• В чим товстішим шаром наносити фарбу, тим швидше вона висохне
• Г для виготовлення змащувальних матеріалів підбирають речовини, які дуже повільно випаровуються

4. Давньоримський поет і вчений Tит Лукрецій Кар у своїй поемі «Про природу речей» писав:

«. на березі морському, що розбиває хвилі,

Сукня мокріє завжди, а на сонці висячи, вона висихає.

Бачити, проте, неможливо, як волога на ній осідає,

Як не видно й того, як вона зникає від спеки.

Отже, ділиться вода на такі дрібні частинки,

Що недоступні вони зовсім для нашого ока».

Подумай, про що писав Лукрецій у цих рядках. Чи вважаємо ми й сьогодні так само, як давньоримський учений? Як би ти пояснив / пояснила йому, якщо би ви зустрілися, описані ним явища?

5. Лід можна розплавити й отримати воду. Воду можна знову заморозити й отримати лід. Подумай, чи змінюється склад води за цих змін.

6. Ми встановили шляхом експерименту, що швидкість випаровування залежить від площі випаровування. Опиши, як саме. Спробуй пояснити цю залежність. Де люди використовують знання про описану тобою залежність?

7. Віск речовина, що запобігає випаровуванню води, як і олія. Одні органи рослин укриті воском, а інші – ні. Назви ці органи і поясни, чому це так важливо у житті рослини?

Проведи удома або в класі такий експеримент: наповни дві однакові широкі неглибокі ємності (лотки, склянки) водою на чверть глибини. В одну обережно додай трохи олії так, щоб вона ледь покрила воду тонким шаром. Фіксуй щодня як змінюватиметься вміст води в обох ємностях. У якій вода випарується швидше? Чому?

8. Деталі приладів, що швидко чи довго обертаються, змащують мастильними матеріалами. Чому як мастила не використовують воду чи спирт, натомість рослинна олія може їх замінити (у давнину до відкриття нафти рослинні олії і використовували з цією метою)?

9. Під час пандемії коронавірусу люди стали частіше використовувати рідини для дезінфекції рук і поверхонь. Ці рідини створені на основі спирту. Чому за обробки рук чи поверхонь дезінфікуючими розчинами вони досить швидко висихають?

Медіа

10. Прочитай статтю в ойлайн виданні Куншт, яке культивує науковий світогляд

Склади чекліст (це список, який містить ряд необхідних перевірок / критеріїв на які слід звертати увагу під час придбання антисептиків).

Знайди в інтернеті декілька зразків реклами антисептика, проаналізуй їх згідно чеклиста і склади рейтинг якості товару.

11. Познайомся з медіамонстром.

Чому він монстр? Тому що сидить у кожному з нас і впливає на сприйняття інформації, реклами, розваг.

Джерело зображення: www.stopmediamonsters.com

Поглянь на зображення і дай відповіді:

• Що ти помітив / помітила у зовнішності цього монстра?

• Що цей монстр робить із медіа на зображенні?

• Яку поведінку, на твою думку, представляє цей монстр?

Отже це довірливий гігант у фірмових рожевих окулярах, який не витрачає багато часу на критичне обдумування медіаповідомлень, що він споживає, і через це піддається ризику вірити всьому, що бачить і чує. Це може створити проблеми, якщо інформація неточна чи неперевірена.

Надай відповіді на запитання:

• Чи просив / просила ти коли-небудь у своїх батьків придбати щось після перегляду реклами?

• Чи натискав / натискала ти коли-небудь на покликання з написом «Відео про котів, якому ви не повірите!», щоб виявити, що це насправді було: реклама чи якась історія?

• Чи поширював / поширювала ти коли-небудь інформацію на тему, яка тебе цікавить, не перевіривши джерело?

Якщо ти відповів / відповіла «так» хоча б на одне з цих запитань, можеш стати довірливим гігантом, якщо і надалі не перевірятимеш інформацію.