Ebuliçãoé o processo de conversão de um líquido em um estado de gás (vapor). Bolhas de vapor ou cavidades de vapor aparecem no líquido. As bolhas ficam maiores à medida que o líquido evapora nelas. O vapor nas bolhas se transforma em um estado gasoso acima do líquido.
A ebulição é entendida como uma transição intensiva do estado líquido da água para vapor. A transição consiste na transformação de bolhas de vapor ao longo do volume do líquido a uma determinada temperatura.
Ao contrário da evaporação, que pode ocorrer a qualquer temperatura da água, a vaporização como a ebulição só é possível na temperatura apropriada. Essa temperatura é chamada de ponto de ebulição.
Se você aquecer água em um recipiente de vidro aberto, notará que, à medida que a temperatura aumenta, a água começa a ficar coberta de pequenas bolhas. Tais bolhas são formadas devido à expansão de pequenas bolhas de ar que existem nas microfissuras do vaso.
O vapor dentro das bolhas está saturado. À medida que a temperatura aumenta, a pressão de vapor aumenta. Como resultado, as bolhas mudam de tamanho. Depois que o volume das bolhas aumenta, a força de Arquimedes que atua sobre elas também aumenta. Quando expostas a tal força, as bolhas começam a tender para a superfície da água. Se a camada superior não teve tempo de aquecer até o ponto de ebulição, ou seja, até cem graus Celsius, parte do vapor de água esfria e desce. As bolhas mudam de tamanho e a força da gravidade as força para baixo. Tendo descido mais baixo nas camadas de água mais quentes, eles começam a subir novamente à superfície. À medida que as bolhas aumentam e diminuem de tamanho, as ondas sonoras aparecem dentro da água. Portanto, a água que começa a ferver faz um ruído característico.
Depois que toda a água atinge uma temperatura de 100 graus, as bolhas que atingiram a superfície param de diminuir de tamanho. Eles começam a estourar assim que atingem a superfície da água. O vapor de água começa a sair da água. A água faz um som específico.
No momento da ebulição, a temperatura do líquido e do vapor não muda. Ele permanece em um estado até que todo o líquido tenha evaporado. Isso se deve ao fato de que toda a energia é gasta para transformar água em vapor.
A temperatura na qual a água começa a ferver é chamada de ponto de ebulição.
O ponto de ebulição depende diretamente da pressão que é exercida na superfície do líquido. Isso é explicado pela dependência da pressão de vapor saturado da temperatura. As bolhas de vapor continuam crescendo. O crescimento continua até que a pressão do vapor saturado dentro dele exceda a pressão do líquido. Esta pressão é a soma da pressão externa e da pressão hidrostática do fluido.
Se a pressão externa aumentar, o ponto de ebulição também aumentará!
Todo adulto sabe que a água começa a ferver a uma temperatura igual a cem graus Celsius. Deve ser lembrado que este ponto de ebulição será à pressão atmosférica normal, que é 101 kPa. Se a pressão aumentar, o ponto de ebulição mudará.
Com uma diminuição da pressão atmosférica externa, o ponto de ebulição diminuirá. Nas montanhas, a água ferve a uma temperatura de noventa graus. Portanto, as pessoas que vivem nesta área precisam de mais tempo para cozinhar os alimentos. Os habitantes das planícies poderão cozinhar alimentos muito mais rápido. Em um ponto de ebulição baixo, é impossível ferver um ovo comum, pois a proteína não pode coagular se a temperatura estiver abaixo de 100 graus.
Cada líquido tem seu próprio ponto de ebulição, que depende da pressão de saturação do vapor. À medida que a pressão de saturação do vapor aumenta, o ponto de ebulição diminui.
A água fervente é um processo bastante complexo, que consiste em quatro vários estágios, que diferem entre si:
A fervura da água é um processo complexo que ocorre em quatro estágios. Considere o exemplo de água fervente em um recipiente de vidro aberto.
Na primeira faseágua fervente no fundo do recipiente, aparecem pequenas bolhas de ar, que também podem ser vistas na superfície da água nas laterais.
Essas bolhas se formam como resultado da expansão de pequenas bolhas de ar que são encontradas em pequenas rachaduras no vaso.
Na segunda fase observa-se um aumento no volume de bolhas: mais e mais bolhas de ar chegam à superfície. Dentro das bolhas há vapor saturado.
À medida que a temperatura aumenta, a pressão das bolhas saturadas aumenta, fazendo com que elas aumentem de tamanho. Como resultado, a força de Arquimedes que atua sobre as bolhas aumenta.
É graças a esta força que as bolhas tendem à superfície da água. Se a camada superior de água não teve tempo para aquecer até 100 graus C(e este é o ponto de ebulição da água pura sem impurezas), então as bolhas caem nas camadas mais quentes, após o que voltam a correr de volta à superfície.
Na terceira fase um grande número de bolhas sobe à superfície da água, o que inicialmente causa uma leve turbidez da água, que depois “fica pálida”. Esse processo não dura muito e é chamado de "fervura com tecla branca".
Finalmente, na quarta fase a água fervente começa a ferver intensamente, aparecem grandes bolhas e respingos (como regra, os respingos significam que a água ferveu fortemente).
O vapor de água começa a se formar a partir da água, enquanto a água faz sons específicos.
Vapor é o estado gasoso da água. Quando o vapor entra no ar, ele, como outros gases, exerce uma certa pressão sobre ele.
No processo de vaporização, a temperatura do vapor e da água permanecerá constante até que toda a água evapore. Este fenômeno é explicado pelo fato de que toda a energia (temperatura) é direcionada para a conversão da água em vapor.
NO este caso vapor saturado seco é produzido. Não há partículas altamente dispersas da fase líquida em tal par. Também o vapor pode ser saturado molhado e superaquecido.
Vapor saturado contendo partículas finas em suspensão da fase líquida, que são distribuídos uniformemente por toda a massa do vapor, é chamado de vapor saturado úmido.
No início da água fervente, apenas esse vapor é formado, que então se transforma em saturado seco. O vapor, cuja temperatura é superior à temperatura da água fervente, ou melhor, vapor superaquecido, só pode ser obtido usando equipamentos especiais. Neste caso, tal vapor será próximo em suas características ao gás.
O ponto de ebulição da água salgada é maior do que o ponto de ebulição água fresca . Consequentemente água salgada ferve mais tarde fresco. A água salgada contém íons Na+ e Cl-, que ocupam uma certa área entre as moléculas de água.
Na água salgada, as moléculas de água se ligam aos íons de sal, um processo chamado hidratação. A ligação entre as moléculas de água é muito mais fraca do que a ligação formada durante a hidratação.
Água fervente com sal dissolvido exigirá mais energia, que neste caso é a temperatura.
À medida que a temperatura aumenta, as moléculas na água salgada começam a se mover mais rápido, mas há menos delas, então elas colidem com menos frequência. Como resultado, é produzido menos vapor, cuja pressão é inferior à do vapor de água doce.
Para que a pressão na água salgada se torne maior que a pressão atmosférica e o processo de ebulição comece, é necessária uma temperatura mais alta. Ao adicionar 60 gramas de sal a 1 litro de água, o ponto de ebulição aumentará em 10 C.
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Pressão (P) - kPa |
Temperatura (t) - ° С |
Sabe-se que à pressão atmosférica normal, a água ferve a uma temperatura de 100 graus C. Normal Pressão atmosféricaé 101,325 kPa.
Com uma diminuição da pressão ambiente, a água ferve e evapora mais rapidamente. O vácuo é o espaço livre de matéria. O vácuo técnico é um meio contendo gás sob pressão, que é muito menor que a pressão atmosférica.
No vácuo, a pressão residual é de aproximadamente 4 kPa. Com esta pressão o ponto de ebulição da água é 300 C. Quanto maior a pressão de vácuo, maior o ponto de ebulição da água.
A água fervente é a água levada ao ponto de ebulição. Como regra, as chaleiras são usadas para obter água fervente. A água resfriada, previamente fervida, é chamada de fervida.
Quando a água ferve, o vapor é liberado profusamente. O processo de vaporização é acompanhado pela liberação de moléculas de oxigênio livres da composição do líquido. A água pura e fresca ferve em uma chaleira a uma temperatura de 100 graus C.
A água fervente mata a maioria das bactérias patogênicas devido a exposição prolongadaágua de alta temperatura. Ao ferver a partir dos sais contidos na água dura, forma-se um precipitado, que é conhecido por nós como escala.
Usualmente água fervida usado para preparar café e chá, bem como para desinfetar legumes e frutas, etc.
A propósito, você sabe qual é a composição de água do mar? Você pode ler sobre isso no artigo:
http://pro8odu.ru/vidy-vody/seawater/pochemu-nelzya-pit-morskuyu-vodu.html, isso é muito interessante!
Como mencionado acima, o ponto de ebulição da água depende diretamente da pressão externa. Quanto menor a pressão atmosférica, menor será o ponto de ebulição.
Sabe-se que a pressão atmosférica cai significativamente acima do nível do mar. Portanto, nas montanhas, a pressão será muito menor do que no nível do mar.
Qualquer alpinista sabe que é difícil fazer chá nas montanhas porque a água não é aquecida o suficiente. Também nas montanhas leva mais tempo para cozinhar os alimentos..
Portanto, foi compilada uma tabela especial que reflete o ponto de ebulição da água dependendo da altura.
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Altitude acima do nível do mar (metros) |
Ponto de ebulição da água (0 C) |
Esses indicadores podem variar se a água contiver impurezas. Na presença de impurezas não voláteis, o ponto de ebulição da água aumentará.
A água destilada é água H2O purificada que é virtualmente livre de quaisquer impurezas. Geralmente é usado para fins médicos, técnicos ou de pesquisa.
A água destilada não se destina a beber ou cozinhar. Essa água é produzida em equipamentos especiais - destiladores, onde evaporação da água doce e subsequente condensação do vapor.
Esse processo é chamado de " destilação". Após a destilação, todas as impurezas presentes na água permanecem no resíduo evaporado.
O ponto de ebulição da água destilada será o mesmo da água comum. água da torneira- 100 graus Celsius. A diferença está no fato de que a água destilada ferve mais rápido que a água doce.
No entanto, este indicador praticamente não difere do tempo de ebulição da água comum: a diferença está em uma questão de frações de segundo.
Calor específico da água fervente ou vaporização é quantidade física, que reflete a quantidade de calor necessária para transformar 1 litro de água fervente em vapor.
O processo de fervura da água, como qualquer outra substância, ocorre com a absorção de calor. Uma parte significativa do calor conduzido é necessária para quebrar as ligações entre as moléculas de água.
Outra parte do calor é gasta nos processos que ocorrem durante a expansão do vapor. Como resultado da absorção de calor, a energia de interação entre as partículas de vapor aumenta.
Esta energia torna-se mais do que a energia de interação das moléculas de água. Assim, na mesma temperatura, a energia interna do vapor torna-se maior do que a energia interna do líquido.
Unidade de calor específico de vaporização no sistema SI: [L] = 1 J/kg.
O calor específico de evaporação da água é igual a 2260 kJ/kg.
Um pequeno vídeo - medindo o ponto de ebulição da água:
A que temperatura a água ferve?
Quando a água é fervida em uma panela, o fundo e as paredes são aquecidos primeiro, bolhas com vapor de água se formam aqui. Neles, a temperatura é visivelmente mais alta do que no restante do líquido. Somente até certo ponto, a pressão da água sobre essas bolhas não permite que elas estourem e o vapor é comprimido. Isso continua até que a temperatura do vapor e a massa do líquido sejam iguais. Só então as bolhas podem flutuar, a água começa a ferver. Este chamado chave branca, a primeira fase de ebulição.
Normalmente é suficiente que a água aqueça até 100 graus Celsius para ferver.
Se você subir, então, para cada trezentos metros de elevação, o ponto de ebulição da água diminui 1 grau.
Os alpinistas até reclamam que o chá não é realmente fabricado no alto das montanhas. A uma altitude de 6 quilômetros, a água ferve a 80 graus.
Se a pressão atmosférica for normal, a água ferverá a 100 graus Celsius. Bem, se a pressão atmosférica for alta, o grau de ebulição também será grande. Por exemplo, em Yerevan a água ferve a cerca de 96 graus.
O ponto de ebulição ou ponto de ebulição é a temperatura na qual um líquido ferve sob pressão constante. O ponto de ebulição corresponde à temperatura do vapor saturado acima de uma superfície plana de um líquido em ebulição. O que está fervendo, descobrimos e a que temperatura a água ferve? Parecia óbvio - a água ferve a 100C, mas essa regra só funciona na pressão atmosférica normal, ou seja, 760 mm coluna de mercúrio.E, por exemplo, no alto das montanhas, onde a pressão não chega a 760 mm de mercúrio, a água ferve antes de atingir 100 C. E a água pode não ferver quando atinge 100 C, mas desde que essa água seja extraordinariamente pura, isento de quaisquer impurezas.
Mais ou menos água puraà pressão atmosférica normal, ferve a 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit). É essa temperatura que é o limite de temperatura entre os estados líquido e gasoso da água.
A água ferve a uma temperatura na qual a pressão de vapor saturado da água é igual à pressão externa. Portanto, à pressão atmosférica normal, ferve a 100 graus. Celsius, e não importa quantos graus lá fora. A pressão importa, não a temperatura. ambiente externo. E a zero graus, a água não ferve no vácuo, mas a uma pressão acima do vácuo - alguns mm Hg. Arte.
Quanto maior a pressão externa, maior a temperatura na qual a água ferve. Mas em temperaturas acima de 374 graus. já nenhuma pressão é suficiente para evitar que ferva: essa temperatura é chamada de crítica. A esta temperatura (e acima), a água não pode mais estar em estado líquido.
A água ferve em condições normais (temperatura meio Ambiente 20 graus Celsius, pressão de cerca de 745-760 milímetros de mercúrio) quando a temperatura atinge 100 graus Celsius. O ponto de ebulição da água depende da pressão, por exemplo, no alto das montanhas, o ponto de ebulição da água é muito menor e, em uma panela de pressão, é de 120 graus Celsius. É tudo por causa da diferença de pressão.
À pressão atmosférica normal, que é considerada uma pressão igual a 760 mm. coluna de mercúrio (P \u003d 760 mm Hg), então, neste caso, a água deve ferver e ferve a uma temperatura igual a cem graus Celsius.
Também é sabido que esses valores (o ponto de ebulição da água) diminuem, respectivamente, com a diminuição da pressão atmosférica. No topo das montanhas (por exemplo, o mesmo Everest), a água já ferve a uma temperatura de 70 graus. Por outro lado, quanto maior a pressão, maior/maior o ponto de ebulição da água.
Se você for perguntado a que temperatura a água ferve, provavelmente responderá que a 100 ° C. E sua resposta estará correta, mas esse valor só é verdadeiro na pressão atmosférica normal - 760 mm Hg. Arte. Na verdade, a água pode ferver a 80°C e 130°C. Para explicar o motivo de tais discrepâncias, primeiro é necessário esclarecer o que é a fervura.
Para descobrir quantos graus são necessários para a água ferver, estudar o mecanismo disso ajudará. fenômeno físico. A ebulição é o processo de conversão de líquido em vapor e ocorre em várias etapas:
A temperatura do vapor quando a água ferve é a mesma que a da própria água. Este valor não mudará até que todo o líquido no recipiente tenha evaporado. Durante o processo de ebulição, o vapor úmido é formado. Está saturado com partículas líquidas distribuídas uniformemente por todo o volume de gás. Além disso, partículas altamente dispersas do líquido se condensam e o vapor saturado se transforma em seco.
Há também vapor superaquecido, que é muito mais quente que água fervente. Mas só pode ser obtido com a ajuda de equipamentos especiais.
Já descobrimos que para um líquido ferver, é necessário equalizar a pressão de uma substância líquida e vapor. Como a pressão da água é a soma da pressão atmosférica e a pressão do próprio líquido, existem duas maneiras de alterar o tempo de ebulição:
Podemos observar o primeiro caso em territórios localizados em diferentes alturas acima do nível do mar. Nas costas, o ponto de ebulição será de 100 ° C e no topo do Everest - apenas 68 ° C. Os pesquisadores calcularam que, ao escalar montanhas, o ponto de ebulição da água cai 1°C a cada 300 metros.
Esses valores podem variar dependendo composição químicaágua e a presença de impurezas (sais, íons metálicos, gases solúveis).
Chaleiras são mais frequentemente usadas para obter água fervente. O ponto de ebulição da água em uma chaleira também depende de onde você mora. Os moradores das montanhas são aconselhados a usar autoclaves e panelas de pressão, que ajudam a aquecer a água fervendo e a acelerar o processo de cozimento.
A temperatura na qual a água ferve determina a presença de impurezas nela. A água do mar contém íons de sódio e cloreto. Eles estão localizados entre as moléculas de H2O e as atraem. Este processo é conhecido como hidratação.
A ligação entre a água e os íons de sal é muito mais forte do que entre as moléculas de água. É preciso mais energia para ferver a água salgada para que essas ligações possam ser quebradas. Essa energia é a temperatura.
Além disso, o líquido salgado difere da água doce por uma baixa concentração de moléculas de H2O. Neste caso, quando aquecidos, eles começam a se mover mais rápido, mas não podem formar o suficiente grande bolha casal, pois colidem com menos frequência. A pressão das pequenas bolhas não é suficiente para trazê-las à superfície.
Para equalizar a água e a pressão atmosférica, você precisa aumentar a temperatura. Portanto, a água salgada leva muito mais tempo para ferver do que a água doce, e o ponto de ebulição dependerá da concentração de sal. Sabe-se que a adição de 60 g de NaCl a 1 litro de líquido aumenta o ponto de ebulição em 10 °C.
Nas montanhas é muito difícil cozinhar comida, leva muito tempo. A razão não é água fervente suficiente. Em altitudes muito altas, é quase impossível cozinhar um ovo, muito menos cozinhar uma carne que precisa de um bom tratamento térmico.
Alterar a temperatura em que o líquido ferve é importante para os moradores não apenas de áreas montanhosas.
Para esterilização de produtos e equipamentos, é desejável utilizar temperatura superior a 100°C, pois alguns microrganismos são resistentes ao calor.
isto informação importante não só para donas de casa, mas também para profissionais que trabalham em laboratórios. Além disso, aumentar o ponto de ebulição pode economizar significativamente o tempo gasto no cozimento, o que é importante em nosso tempo.
Para aumentar esse número, você precisa usar um recipiente bem fechado. As panelas de pressão são as mais indicadas para isso, em que a tampa não permite a passagem do vapor, aumentando a pressão no interior do recipiente. Durante o aquecimento, o vapor é liberado, mas como não pode escapar, ele condensa no interior da tampa. Isso leva a um aumento significativo da pressão interna. Nas autoclaves, a pressão é de 1 a 2 atmosferas, de modo que o líquido nelas ferve a uma temperatura de 120 a 130 ° C.
O ponto de ebulição máximo da água ainda é desconhecido, pois esse valor pode aumentar à medida que a pressão atmosférica aumenta. Sabe-se que a água não pode ferver em turbinas a vapor mesmo a 400 °C e uma pressão de várias dezenas de atmosferas. Os mesmos dados foram obtidos de grandes profundidades oceano.
A água comum ferve a 100 graus - não duvidamos da validade dessa afirmação, e o termômetro confirma isso facilmente. No entanto, existem pessoas que podem sorrir com ceticismo, porque sabem - a água nem sempre e em todos os lugares ferve exatamente a 100 graus.
Isso é possível? Sim, é possível, mas apenas sob certas condições.
Deve-se dizer imediatamente que a água pode ferver em temperaturas abaixo e acima de +100 ° C. Portanto, não se surpreenda com a expressão "Água ferveu a + 73 ° C" ou "A água começou a ferver a + 130 ° C" - ambas as situações não são apenas possíveis, mas também relativamente fáceis de implementar.
Mas, para entender como obter os efeitos descritos, é necessário entender o mecanismo de ebulição da água e de quaisquer outros líquidos.
Quando o líquido é aquecido próximo ao fundo e nas paredes do recipiente, bolhas cheias de vapor e ar começam a se formar. No entanto, a temperatura água circundanteé muito pequeno, e é por isso que o vapor nas bolhas se condensa e se contrai e, sob a pressão da água, essas bolhas estouram. Esse processo continua até todo o volume do líquido não aquece até o ponto de ebulição- neste momento, a pressão do vapor e do ar dentro das bolhas é comparada com a pressão da água. Essas bolhas já são capazes de subir à superfície do líquido, liberando vapor na atmosfera - isso está fervendo. Durante a ebulição, a temperatura do líquido não aumenta mais, pois o equilíbrio termodinâmico se estabelece: quanto calor é gasto no aquecimento, a mesma quantidade de calor é removida pelo vapor da superfície do líquido.
O ponto chave na ebulição da água e de qualquer outro líquido é a igualdade da pressão de vapor nas bolhas e a pressão da água no recipiente. A partir desta regra, uma conclusão simples pode ser tirada - um líquido pode ferver a uma temperatura completamente temperaturas diferentes, e isso pode ser alcançado alterando a pressão do líquido. Como você sabe, a pressão nos líquidos consiste em dois componentes - seu próprio peso e a pressão do ar acima dele. Acontece que é possível diminuir ou aumentar o ponto de ebulição da água mudança na pressão atmosférica ou pressão dentro de um recipiente com um líquido aquecido.
Na verdade, é isso que acontece. Por exemplo, nas montanhas, a água fervente não é tão quente quanto nas planícies - a uma altitude de 3 km, onde a pressão do ar cai para 0,7 atmosferas, a água já ferve a +89,5 graus. E no Everest (altura - 8,8 km, pressão - 0,3 atmosferas), a água ferve a uma temperatura ligeiramente superior a +68 graus. Sim, cozinhar a essas temperaturas é uma tarefa muito difícil e, se não fosse por meios especiais, seria completamente impossível a essas alturas.
Para aumentar o ponto de ebulição, é necessário aumentar a pressão da atmosfera, ou pelo menos fechar bem o recipiente com água. Este efeito é usado na chamada panelas de pressão- uma tampa bem fechada não permite que o vapor escape, devido ao qual a pressão aumenta, o que significa que o ponto de ebulição também aumenta. Em particular, a uma pressão de 2 atmosferas, a água ferve apenas a +120 graus. E nas turbinas a vapor, onde é mantida uma pressão de dezenas de atmosferas, a água não ferve mesmo a + 300-400 ° C!
No entanto, existe outra possibilidade de aquecer a água até temperaturas altas sem ferver. Observou-se que a formação das primeiras bolhas começa na rugosidade do vaso, bem como ao redor de partículas mais ou menos grandes de contaminantes presentes no líquido. Portanto, se você aquecer um líquido absolutamente puro em vaso perfeitamente polido, então, à pressão atmosférica normal, é possível fazer com que esse líquido não ferva em temperaturas muito altas. O assim chamado líquido superaquecido, caracterizada por extrema instabilidade - um empurrão mínimo ou uma partícula de poeira é suficiente para que o líquido ferva instantaneamente (e, de fato, literalmente exploda) imediatamente em todo o seu volume.
A água comum, com algum esforço, pode ser aquecida a +130 ° C e não ferverá. Para obter altas temperaturas, já é necessário o uso de equipamentos especiais, mas o limite ocorre em +300 ° C - a água superaquecida nessa temperatura pode existir por uma fração de segundo, após o que ocorre efervescência explosiva.
Curiosamente, um líquido superaquecido também pode ser obtido de outra maneira - aquecendo-o a uma temperatura relativamente Baixas temperaturas(ligeiramente abaixo de +100 °C) e reduzir drasticamente a pressão no recipiente (por exemplo, por um pistão). Nesse caso, também se forma um líquido superaquecido, capaz de ferver com o mínimo de impacto. Este método usado em câmaras de bolhas registro cobrado partículas elementares. Ao voar através de um líquido superaquecido, uma partícula causa sua ebulição local e, externamente, isso é exibido como a aparência de uma trilha (traço, linha fina) de bolhas microscópicas. No entanto, não é a água que é usada nas câmaras de bolhas, mas vários gases liquefeitos.
Portanto, a água nem sempre ferve a +100 ° C - tudo depende da pressão do ambiente externo ou dentro do vaso. Portanto, nas montanhas sem meios especiais é impossível obter água fervente “normal” e nas caldeiras das usinas termelétricas, a água não ferve mesmo a +300 ° C.
Vamos acompanhar o processo de fervura, a partir do momento em que as primeiras bolhas se formam no fundo aquecido do recipiente (panela ou). Aliás, eles se formam? Sim, porque uma fina camada de água, em contato direto com o fundo da embarcação, aqueceu até 100 graus. E, segundo propriedades físicaságua, começou a se transformar em gasoso.
Assim, as primeiras bolhas, ainda pequenas, começam a flutuar lentamente - elas são afetadas por uma força de empuxo, também chamada de Arquimedes - e quase imediatamente afundam novamente. Por quê? Sim, porque a água ainda não está quente o suficiente de cima. Ao entrar em contato com camadas mais frias, as bolhas, por assim dizer, “enrugam”, perdem seu volume. E, consequentemente, a força de Arquimedes diminui imediatamente. As bolhas afundam e "explodem" da gravidade.
Mas o aquecimento continua, mais e mais camadas de água atingem uma temperatura próxima de 100 graus. As bolhas não afundam mais no fundo. Eles se esforçam para chegar à superfície, mas a camada superior é ainda muito mais fria, portanto, ao entrar em contato com ela, cada bolha diminui novamente de tamanho (devido ao fato de que parte do vapor de água contido nela, esfriando, se transforma em água) . Por causa disso, ele começa a afundar, mas, uma vez nas camadas quentes, que já atingiram uma temperatura de 100 graus, novamente aumenta de tamanho. Porque o vapor condensado torna-se vapor novamente. Um grande número de bolhas sobe e desce, alternadamente diminuindo e aumentando de tamanho, produzindo um ruído característico.
E então, finalmente, chega o momento em que toda a coluna de água, incluindo a camada superior, atinge uma temperatura de 100 graus. O que acontecerá nesta fase? As bolhas, subindo, atingem livremente a superfície. E é aqui, na interface entre dois meios, que ocorre a “fervura”: eles estouram, liberando vapor d'água. E esse processo, sujeito a aquecimento constante, continuará até que toda a água ferva, transformando-se em estado gasoso.
Deve-se notar que o ponto de ebulição depende da pressão atmosférica. Por exemplo, no alto das montanhas, a água ferve a temperaturas inferiores a 100 graus. Portanto, os habitantes das terras altas levam muito mais tempo para cozinhar sua própria comida.
Água fervente é uma das atividades diárias frequentes. No entanto, em áreas montanhosas este processo tem características próprias. Em diferentes altitudes acima do nível do mar, a água ferve em diferentes temperaturas.
Por fim, o líquido atinge uma temperatura na qual as bolhas de vapor se formam nas paredes do prato. Essa temperatura é chamada de ponto de ebulição. Quando a água começa a ferver, a temperatura não muda até que todo o líquido se transforme em gás.
Moléculas de água escapando como vapor exercem pressão na atmosfera. Isso é chamado de pressão de vapor. Com o aumento da temperatura da água, ela aumenta, e as moléculas, movendo-se mais rapidamente, superam as forças intermoleculares que as unem. A pressão de vapor é oposta por outra força criada massa de ar: . Quando a pressão de vapor atinge ou ultrapassa a pressão ambiente, superando-a, a água começa a ferver.
O ponto de ebulição da água também depende de sua pureza. A água que contém impurezas (sal, açúcar) ferverá a mais de Temperatura alta do que puro.
Quanto mais alto você estiver acima do nível do mar, mais rarefeito o ar se torna. Nas montanhas, sua densidade e pressão diminuem. Devido à diminuição da pressão externa sobre a água, menos energia é necessária para quebrar as ligações intermoleculares. Isso implica menos calor e a água ferverá a uma temperatura mais baixa.
A cada quilômetro de altitude, a água ferve a uma temperatura 3,3°C inferior à inicial (ou cerca de menos 1 a cada 300 metros). A uma altitude de 3 km acima do nível do mar, a pressão atmosférica é de cerca de 526 mm Hg. Arte. A água ferverá quando a pressão de vapor for igual à atmosférica, ou seja, 526 mm Hg. Arte. Esta condição é alcançada a uma temperatura de 90°C. A uma altitude de 6 km, a pressão é cerca de duas vezes menor que o normal e - cerca de 80 ° C.
No topo do Everest, cuja altura é de 8.848 m, a água ferve a uma temperatura de cerca de 72°C.
Nas montanhas a uma altitude de 600 m, onde a água ferve a 98°C, entender o processo de fervura é especialmente importante ao cozinhar. Alguns produtos podem ficar prontos aumentando o tempo de cozimento. No entanto, para alimentos que requerem bom processamento térmico e longos tempos de cozimento, o melhor é usar uma panela de pressão.
A fervura é um processo físico aparentemente simples, conhecido por todos que ferveram uma chaleira pelo menos uma vez na vida. No entanto, ele tem muitas características que os físicos estudam em laboratórios e donas de casa - nas cozinhas. Mesmo o ponto de ebulição está longe de ser constante, mas varia dependendo de vários fatores.
Ao ferver, o líquido começa a se transformar intensamente em vapor, formam-se bolhas de vapor, subindo à superfície. Quando aquecido, inicialmente o vapor aparece apenas na superfície do líquido, então esse processo começa em todo o volume. Pequenas bolhas aparecem no fundo e nas paredes do prato. Quando a temperatura aumenta, a pressão dentro das bolhas aumenta, elas aumentam e sobem.
Quando a temperatura atinge o chamado ponto de ebulição, começa a rápida formação de bolhas, são muitas, o líquido ferve. O vapor é formado, cuja temperatura permanece constante até que toda a água tenha desaparecido. Se a vaporização ocorrer em condições normais, a uma pressão padrão de 100 MPa, sua temperatura é de 100°C. Se você aumentar artificialmente a pressão, poderá obter vapor superaquecido. Os cientistas conseguiram aquecer o vapor de água a uma temperatura de 1227 ° C, com mais aquecimento, a dissociação de íons transforma o vapor em plasma.
Para uma dada composição e pressão constante, o ponto de ebulição de qualquer líquido é constante. Em livros e manuais, você pode ver tabelas indicando o ponto de ebulição de vários líquidos e até metais. Por exemplo, a água ferve a 100°C a 78,3°C, éter a 34,6°C, ouro a 2600°C e prata a 1950°C. Esses dados são para uma pressão padrão de 100 MPa, calculados ao nível do mar.
Se a pressão for reduzida, o ponto de ebulição diminui mesmo que a composição permaneça a mesma. Isso significa que se você subir uma montanha de 4000 metros de altura com uma panela de água e colocá-la no fogo, a água ferverá a 85 ° C, isso exigirá muito menos lenha do que abaixo.
As donas de casa estarão interessadas em uma comparação com uma panela de pressão na qual a pressão é aumentada artificialmente. Ao mesmo tempo, o ponto de ebulição da água também aumenta, devido ao qual os alimentos são cozidos muito mais rapidamente. As panelas de pressão modernas permitem alterar suavemente o ponto de ebulição de 115 a 130 ° C ou mais.
Outro segredo do ponto de ebulição da água está em sua composição. A água dura, que contém vários sais, leva mais tempo para ferver e requer mais energia para aquecer. Se você adicionar duas colheres de sopa de sal a um litro de água, seu ponto de ebulição aumentará em 10°C. O mesmo pode ser dito sobre o açúcar, 10% de xarope de açúcar ferve a 100,1°C.
Todo mundo sabe que o ponto de ebulição da água à pressão atmosférica normal (cerca de 760 mm Hg) é de 100°C. Mas nem todos sabem que a água pode ferver quando temperatura diferente. O ponto de ebulição depende de vários fatores. Se determinadas condições forem acionadas, a água pode ferver a +70 °C e a +130 °C e até a 300 °C! Vamos considerar as razões com mais detalhes.
A água fervente em um recipiente ocorre de acordo com um determinado mecanismo. No processo de aquecimento do líquido, bolhas de ar aparecem nas paredes do recipiente em que é despejado. Dentro de cada bolha há vapor. A temperatura do vapor nas bolhas é inicialmente muito maior do que a da água aquecida. Mas sua pressão durante este período é maior do que dentro das bolhas. Até que a água aqueça, o vapor nas bolhas se comprime. Então, sob a influência da pressão externa, as bolhas estouram. O processo continua até que as temperaturas do líquido e do vapor nas bolhas sejam iguais. É agora que as bolas com vapor podem subir à superfície. A água começa a ferver. Além disso, o processo de aquecimento é interrompido, pois o excesso de calor é removido pelo vapor para o exterior para a atmosfera. Este é o equilíbrio termodinâmico. Lembre-se da física: a pressão da água consiste no peso do próprio líquido e na pressão do ar acima do recipiente com água. Assim, alterando um dos dois parâmetros (a pressão do líquido no recipiente e a pressão da atmosfera), é possível alterar o ponto de ebulição.
Nas montanhas, o ponto de ebulição de um líquido diminui gradualmente. Isso se deve ao fato de que a pressão atmosférica diminui gradualmente ao escalar uma montanha. Para que a água ferva, a pressão nas bolhas que aparecem durante o aquecimento da água deve ser igual à pressão atmosférica. Portanto, com o aumento da altitude nas montanhas a cada 300 m, o ponto de ebulição da água diminui em aproximadamente um grau. Essa água fervente não é tão quente quanto o líquido fervente no país plano. Em grandes altitudes é difícil e às vezes impossível fazer chá. A dependência da água fervente na pressão é assim:
Altura acima do nível do mar | ||||||||
Ponto de ebulição |
Qual é o ponto de ebulição da água no vácuo? O vácuo é um meio rarefeito no qual a pressão é muito menor que a pressão atmosférica. O ponto de ebulição da água em um meio rarefeito também depende da pressão residual. A uma pressão de vácuo de 0,001 atm. líquido ferverá a 6,7°C. Normalmente, a pressão residual é de cerca de 0,004 atm., Portanto, a essa pressão, a água ferve a 30 ° C. À medida que a pressão aumenta em um meio rarefeito, o ponto de ebulição de um líquido aumentará.
em hermeticamente vaso fechado O ponto de ebulição de um líquido está relacionado à pressão dentro do recipiente. No processo de aquecimento, é liberado vapor, que se deposita como condensado na tampa e nas paredes do recipiente. Assim, a pressão dentro do vaso aumenta. Por exemplo, em uma panela de pressão, a pressão atinge 1,04 atm., Portanto, o líquido ferve a 120 ° C. Normalmente, em tais recipientes, a pressão pode ser regulada usando válvulas embutidas e, portanto, a temperatura também.
