§15. Кипіння. Температура кипіння

• Процес кипіння

• Температура кипіння

• Перегріта рідина

Процес кипіння. Особливим видом пароутворення є процес кипіння. Необхідною умовою кипіння є наявність в об’ємі рідини бульбашок (мал. 30) розчиненого в ній газу або його молекул на стінках посудини, які відіграють таку саму роль, як пилинки або йони у процесі конденсації, тобто роль зародків.

З підвищенням температури рідини інтенсивність випаровування зростає, бо випаровування відбувається не тільки з поверхні рідини, але й в бульбашки газу, яке розчинене в рідині.

Кипіння – процес утворення пари не тільки на поверхні рідини, а і в її об’ємі.

Мал.30. Процес кипіння

Бульбашки газу (повітря) у процесі нагрівання рідини наповнюються насиченою парою під час випаровування рідини всередину бульбашки. За звичайної температури тиск насиченої пари в бульбашках набагато менший від зовнішнього тиску⁶. Бульбашки повітря сплюснуті і мають мікроскопічні розміри. З підвищенням температури тиск насиченої пари в бульбашці зростає ( ). За деякої граничної температури для кожної рідини, яку називають температурою кипіння, тиск пари всередині бульбашок переважає зовнішній, внаслідок чого бульбашки збільшуються в об’ємі. А коли сила Архімеда перевищує за модулем силу зчеплення бульбашки зі стінкою посудини і силу тяжіння, бульбашки спливають у верхні шари рідини (наприклад, води), які ще не встигли нагрітися. Оскільки бульбашки містять пару і небагато повітря, то значна частина водяної пари конденсується у воду і бульбашка зменшується. Це періодичне зменшення і збільшення бульбашок супроводжується звуками: закипаюча вода «шумить». Нарешті вся вода прогрівається і бульбашки у верхніх шарах уже не зменшуються у розмірах і, вийшовши на поверхню, лопаються, викидаючи пару у простір над рідиною. На місці цих бульбашок утворюються інші, «шум» припиняється і починається «булькання» – ми говоримо, що вода закипіла. Кипіння починається вже за температури, що відповідає рівності .

За нормальних умов термометр, вміщений у пару над кип’ячою чистою водою, весь час поки вона кипить показує одну і ту саму температуру, майже 100 ⁰С. У такий спосіб градуюють термометри.

Температура кипіння. Усі рідини мають сталу температуру кипіння, яка залежить від роду речовини і зовнішнього тиску. Чим більший зовнішній тиск, тим вищою буде температура кипіння рідини і навпаки. Так, на висоті 5 км над рівнем моря, де тиск є у 2 рази нижчий від атмосферного, температура кипіння води 83 ^ºС. Отже, рідину можна закип’ятити, не нагріваючи її; достатньо знизити тиск над рідиною і вона закипить. Цю властивість рідин широко використовують у різних технологічних процесах: у процесі нафтопереробки для роз’єднання нафтопродуктів, під час цукроваріння сироп кипить завдяки зниженому тиску при незначній температурі і цукор не пригорає тощо.

Для прискорення варіння придумали «швидковарки» – посудини зі щільно припасованою кришкою, де при нагріванні за допомогою регульованого запобіжного клапана забезпечується підвищений тиск, температура кипіння води досягає 120 ºС. Оскільки швидкість хімічних реакцій під час приготування їжі подвоюється на кожні 10 ºС, що перевищують 100 ºС, то підвищення температури кипіння на 20 ºС у 4 рази прискорює процес приготування їжі.

У парових котлах, де тиск досягає 15 атм (1,5·10⁶ Па), температура кипіння води майже 200 ºС.

Щоб кипіння відбувалося тривалий час, треба спочатку рідину довести до температури кипіння, а потім продовжувати надавати їй теплоту, необхідну для пароутворення.

Перегріта рідина. Завдяки якісній обробці поверхонь посудини та очищенню самої рідини можна досягти практичної відсутності в ній центрів пароутворення, що призводить до того, що кипіння не відбувається навіть за температур, вищих від температури кипіння (чи зовнішніх тисках, нижчих від тиску насиченої пари при даній температурі) . Таку рідину називають перегрітою.

Дайте відповіді на запитання

1. Що називають кипінням?

2. Від чого залежить температура кипіння рідини?

3. Чому під час кипіння температура рідини не змінюється?