§ 12. Випаровування і конденсація

Яка будова рідин і газів?

Вам не раз доводилося спостерігати, як після дощу висихають калюжі, сохне випрана білизна, кипить вода в чайнику. У всіх цих випадках вода перетворюється з рідкого стану в газоподібний (в пару).

Процес перетворення рідини в пару (газ) називають пароутворенням.

Випаровування може відбуватися по-різному. Відомі два процеси пароутворення: випаровування і кипіння. Вони здійснюються при різних умовах. Розглянемо спочатку процес випаровування.

Ви добре знаєте, що калюжі після дощу висихають і за температури 10 °С, і за 20 °С, і за ЗО °С, і за будь-якої іншої температури. Те ж можна сказати і про випрану білизну. Отже, в даних прикладах вода з рідкого стану в газоподібний перетворюється за будь-якої температури.

Процес перетворення речовини з рідкого стану в газоподібний, що відбувається з поверхні рідини, називають випаровуванням.

Спостереження показують, що випаровуються не тільки рідини, але і тверді тіла. Найпростіший приклад — висихання білизни на морозі. Вода, що міститься в білизні, спочатку замерзає, перетворюючись у лід, а потім лід випаровується. Ви, напевно, спостерігали випаровування льоду, який кладуть у холодильники з морозивом.

Можна спостерігати випаровування твердого йоду. Якщо кристалики йоду покласти в колбу і нагріти (рис. 29), то через деякий час йод перетвориться в пару, минаючи рідкий стан.

Пояснимо процес випаровування на основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Вам відомо, що молекули рідини неперервно

рухаються з різними швидкостями. Найбільш швидкі молекули, що знаходяться на межі поверхні рідини і повітря, долають притягання сусідніх молекул і залишають рідину (рис. ЗО). Таким чином, над рідиною утворюється її пара.

З’ясуємо, від чого залежить швидкість випаровування рідини. Виконаємо дослід. Крапнемо на скляну поверхню воду, спирт і рослинну олію. Простежимо, яка з рідин випарується першою. Зауважимо, що раніше за всіх випарується спирт, потім вода, пізніше — соняшникова олія. Отже, швидкість випаровування залежить від роду рідини.

Ви добре знаєте, що за вітряної погоди білизна сохне швидше, ніж за відсутності вітру. Це відбувається тому, що вітер відносить молекули, що вилетіли з рідини, звільняючи місце для інших. Зрозуміло, чому ви дмете на рану після того, як її змажуть йодом. Спирт, в якому розчинений йод, при цьому буде швидше випаровуватися. Таким чином, швидкість випаровування залежить від руху повітря над поверхнею рідини.

Як ви думаєте, з якої посудини — склянки або тарілки — вода випарується швидше, якщо маса води буде однаковою? Дослід показує, що з тарілки. Це пояснюється тим, що площа поверхні води в тарілці більша, ніж у склянці, отже, більша кількість молекул зможе виявитися на поверхні і, подолавши сили притягання, вилетіти з неї. Значить, швидкість випаровування залежить від площі поверхні рідини.

Ви, звичайно, помічали, що у спекотний літній день калюжі висихають швидше, ніж холодною осінню. Очевидно, що з підвищенням температури швидкість випаровування зростає. І це не дивно, оскільки чим вища температура рідини, тим більша швидкість руху її молекул і, відповідно, їхня кінетична енергія. А раз так, то біJLbma кількість молекул здатна подолати сили притягання і вийти за межі поверхні рідини. Таким чином, швидкість випаровування залежить від температури рідини.

З’ясуємо, що відбувається з рідиною в посудині при випаровуванні. Проробимо дослід. Візьмемо термометр, обмотаємо його кінець ганчір-

кою, змоченою водою, а краще — одеколоном. Зауважимо, що стовпчик рідини в термометрі почне опускатися. Це свідчить про зменшення температури рідини при випаровуванні. Наприклад, якщо на руку капнути одеколон або ефір, то рука почне відчувати холод.

Пояснюється цей факт наступним чином. При випаровуванні рідину залишають молекули, що мають найбільшу енергію, тому внутрішня енергія решти рідини зменшується. Отже, зменшується і температура рідини.

Усі ви спостерігали ввечері після спекотного літньою дня випадання роси. Це — водяна пара, що міститься в повітрі, при охолодженні перетворюється в рідину, і крапельки води осідають на листках і на траві.

Процес перетворення речовини з газоподібного стану в рідкий називають конденсацією.

Процес конденсації відбувається одночасно з процесом випаровування. Молекули, що вилетиш з рідини і знаходяться над її поверхнею, беруть участь у хаотичному русі. Вони стикаються з іншими молекулами, в якийсь момент часу їхні швидкості можуть бути спрямовані до поверхні рідини, і молекули повертаються в рідину.

Якщо процес випаровування йде швидше, ніж процес конденсації, то маса рідини в посудині зменшується. Це відбувається, кож посудина відкрита.

Тепер з’ясуємо, як відбувається випаровування рідини в закритій посудині. Спочатку кількість молекул, які вилітають з рідини, більша, ніж кількість молекул, які повертаються назад. Через деякий час кількість молекул, що залишають рідину, дорівнюватиме кількості молекул, які повертаються назад. У цьому випадку настає динамічна рівновага між рідиною і парою.

Пару, що знаходиться в стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називають насиченою парою.

Нехай у закритій посудині з рідиною знаходиться насичена пара. Будемо нагрівати цю посудину. Очевидно, що при підвищенні температури більша кількість молекул здатна залишити рідину. Тому в початковий момент часу кількість молекул, що залишають рідину, стане більшою

за кількість молекул, які повертаються до неї, динамічна рівновага порушиться, пара перестане бути насиченою. Однак через якийсь час рівновага відновиться, але густина насиченої пари збільшиться, оскільки зросте кількість молекул в одиниці об’єму. А як відомо, зі збільшенням густини зростає і тиск пари.

Таким чином, густина і тиск насиченої пари залежать від температури: вони збільшуються зі зростанням температури.

Пару, що не знаходиться в стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називають ненасшіеною.

Запитання для самоперевірки

1. Який процес називають пароутворенням; випаровуванням; конденсацією?

Q. Поясніть процеси випаровування і конденсації на основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини.

3.    Які чинники впливають на швидкість випаровування?

4.    Що відбувається з рідиною при випаровуванні? Чому?

5* Яка пара називається насиченою; ненасиченою?

6* Як залежать густина і тиск насиченої пари від температури? Чому?

Завдання 12

1. Після дощу зазвичай стає прохолодно. Чому?

Q. На одну шальку терезів поставили склянку з холодною водою, на іншу — з гарячою і зрівноважили їх. Чи зміниться рівновага терезів через деякий час?

3.    Чому вода, пролита на підлогу, випаровується швидше, ніж така ж кількість води в склянці?

4.    Чому в закритій каструлі вода нагрівається швидше, ніж у відкритій?

5_в. Проведіть спостереження за швидкістю випаровування різних речовин. Продумайте експеримент і здійсніть його. Опишіть дослід і його результати в зошиті.

6_в. Придумайте досліди, що дозволяють довести, що швидкість випаровування залежить від температури рідини, площі поверхні і стану повітря над поверхнею, і виконайте їх. Опишіть досліди і їхні результати в зошиті.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун