Wrzenie to proces zmiany stanu skupienia substancji. Kiedy mówimy o wodzie, mamy na myśli przejście z cieczy w parę. Należy pamiętać, że wrzenie nie jest parowaniem, które może wystąpić nawet w temperaturze pokojowej. Nie należy też mylić z gotowaniem, czyli procesem podgrzewania wody do określonej temperatury. Teraz, gdy rozumiemy pojęcia, możemy określić, w jakiej temperaturze wrze woda.
Proces
Proces przekształcania stanu skupienia z ciekłego w gazowy jest złożony. I chociaż ludzie tego nie widzą, są 4 etapy:
- W pierwszym etapie na dnie podgrzanego pojemnika tworzą się małe bąbelki. Można je również zobaczyć po bokach lub na powierzchni wody. Powstają w wyniku ekspansji pęcherzyków powietrza,które zawsze znajdują się w pęknięciach pojemnika, w którym woda jest podgrzewana.
- Na drugim etapie zwiększa się objętość bąbelków. Wszystkie zaczynają spieszyć się na powierzchnię, ponieważ w ich wnętrzu znajduje się para nasycona, lżejsza od wody. Wraz ze wzrostem temperatury ogrzewania wzrasta ciśnienie pęcherzyków i są one wypychane na powierzchnię dzięki dobrze znanej sile Archimedesa. Słychać charakterystyczny dźwięk bulgotania, gdy bąbelki stale się rozszerzają i kurczą.
- W trzecim etapie na powierzchni widać dużą liczbę bąbelków. To początkowo powoduje zmętnienie wody. Proces ten jest popularnie nazywany „gotowaniem białego klucza” i trwa krótko.
- Na czwartym etapie woda intensywnie wrze, na powierzchni pojawiają się duże, pękające bąbelki, możliwe jest rozpryskiwanie. Najczęściej rozpryski oznaczają, że ciecz osiągnęła maksymalną temperaturę. Z wody zacznie wydobywać się para.
Wiadomo, że woda wrze w temperaturze 100 stopni, co jest możliwe dopiero na czwartym etapie.
Temperatura pary
Para to jeden ze stanów wody. Kiedy dostanie się do powietrza, podobnie jak inne gazy, wywiera na nie pewien nacisk. Podczas waporyzacji temperatura pary i wody pozostaje stała, dopóki cała ciecz nie zmieni swojego stanu skupienia. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że podczas gotowania cała energia jest zużywana na przemianę wody w parę.
Na samym początku wrzenia wilgotnypara nasycona, która po odparowaniu całej cieczy staje się sucha. Jeżeli jej temperatura zacznie przekraczać temperaturę wody, wówczas para taka ulega przegrzaniu i pod względem swoich właściwości będzie zbliżona do gazu.
Wrząca słona woda
Ciekawe, w jakiej temperaturze wrze się woda o wysokiej zawartości soli. Wiadomo, że powinien być wyższy ze względu na zawartość w składzie jonów Na+ i Cl-, które zajmują obszar pomiędzy cząsteczkami wody. Ten skład chemiczny wody z solą różni się od zwykłego świeżego płynu.
Faktem jest, że w słonej wodzie zachodzi reakcja hydratacji - proces przyłączania cząsteczek wody do jonów soli. Wiązanie między cząsteczkami świeżej wody jest słabsze niż te powstałe podczas uwodnienia, więc gotowanie płynu z rozpuszczoną solą zajmie więcej czasu. Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki w wodzie zawierającej sól poruszają się szybciej, ale jest ich mniej, dlatego zderzenia między nimi występują rzadziej. W rezultacie wytwarzana jest mniejsza ilość pary, a zatem jej ciśnienie jest niższe niż głowica pary świeżej wody. Dlatego do pełnego waporyzacji potrzeba więcej energii (temperatury). Średnio, aby zagotować jeden litr wody zawierającej 60 gramów soli, konieczne jest podniesienie temperatury wrzenia wody o 10% (czyli o 10 C).
Zależności wrzenia od ciśnienia
Wiadomo, że w górach, niezależnie od składu chemicznego wody, temperatura wrzenia będzie niższa. Wynika to z faktu, że ciśnienie atmosferyczne na wysokościponiżej. Za normalne ciśnienie uważa się 101,325 kPa. Dzięki niemu temperatura wrzenia wody wynosi 100 stopni Celsjusza. Ale jeśli wejdziesz na górę, gdzie ciśnienie wynosi średnio 40 kPa, to woda tam zagotuje się o temperaturze 75,88 C. Ale to nie znaczy, że gotowanie w górach zajmie prawie połowę czasu. Do obróbki cieplnej produktów potrzebna jest określona temperatura.
Uważa się, że na wysokości 500 metrów nad poziomem morza woda wrze w temperaturze 98,3 C, a na wysokości 3000 metrów temperatura wrzenia wyniesie 90 C.
Zauważ, że to prawo działa również w przeciwnym kierunku. Jeśli ciecz zostanie umieszczona w zamkniętej kolbie, przez którą para nie może przejść, to wraz ze wzrostem temperatury i powstaniem pary ciśnienie w tej kolbie wzrośnie, a wrzenie pod podwyższonym ciśnieniem nastąpi w wyższej temperaturze. Na przykład przy ciśnieniu 490,3 kPa temperatura wrzenia wody wyniesie 151 C.
Wrząca woda destylowana
Woda destylowana to oczyszczona woda bez zanieczyszczeń. Jest często używany do celów medycznych lub technicznych. Ze względu na brak zanieczyszczeń w takiej wodzie nie jest ona używana do gotowania. Warto zauważyć, że woda destylowana wrze szybciej niż zwykła świeża woda, ale temperatura wrzenia pozostaje taka sama - 100 stopni. Jednak różnica w czasie gotowania będzie minimalna – tylko ułamek sekundy.
W czajniku
Często ludzie się zastanawiająw jakiej temperaturze woda gotuje się w czajniku, ponieważ to tych urządzeń używa się do gotowania płynu. Biorąc pod uwagę fakt, że ciśnienie atmosferyczne w mieszkaniu jest równe standardowemu, a używana woda nie zawiera soli i innych zanieczyszczeń, których nie powinno tam być, wtedy temperatura wrzenia również będzie standardowa - 100 stopni. Ale jeśli woda zawiera sól, to temperatura wrzenia, jak już wiemy, będzie wyższa.
Wniosek
Teraz wiesz już, w jakiej temperaturze wrze woda i jak ciśnienie atmosferyczne i skład cieczy wpływają na ten proces. Nie ma w tym nic skomplikowanego, a dzieci otrzymują takie informacje w szkole. Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że wraz ze spadkiem ciśnienia temperatura wrzenia cieczy również spada, a gdy rośnie, również wzrasta.
W Internecie można znaleźć wiele różnych tabel, które wskazują zależność temperatury wrzenia cieczy od ciśnienia atmosferycznego. Są dostępne dla każdego i aktywnie wykorzystywane przez uczniów, studentów, a nawet nauczycieli w instytutach.
