Sự bay hơi của chất lỏng. Cặp bão hòa và không bão hòa. Áp suất hơi bão hòa. Độ ẩm không khí.

Bay hơi- sự bay hơi xảy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào từ bề mặt tự do của chất lỏng. Sự phân bố động năng không đồng đều của các phân tử trong quá trình chuyển động nhiệt dẫn đến thực tế là ở bất kỳ nhiệt độ nào, động năng của một số phân tử chất lỏng hoặc chất rắn có thể vượt quá thế năng liên kết của chúng với các phân tử khác. Các phân tử có tốc độ lớn hơn có động năng lớn hơn và nhiệt độ của vật thể phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của các phân tử, do đó sự bay hơi đi kèm với việc làm mát chất lỏng. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào: diện tích bề mặt mở, nhiệt độ và nồng độ của các phân tử gần chất lỏng.

Sự ngưng tụ- Quá trình chuyển một chất từ ​​trạng thái khí sang trạng thái lỏng.

Sự bay hơi của chất lỏng trong bình kín ở nhiệt độ không đổi dẫn đến sự tăng dần nồng độ các phân tử của chất bay hơi ở trạng thái khí. Một thời gian sau khi bắt đầu bay hơi, nồng độ của chất đó ở trạng thái khí sẽ đạt đến giá trị mà tại đó số lượng phân tử quay trở lại chất lỏng bằng số lượng phân tử rời khỏi chất lỏng trong cùng thời gian. Trạng thái cân bằng động được thiết lập giữa quá trình bay hơi và ngưng tụ của chất. Một chất ở trạng thái khí cân bằng động với chất lỏng được gọi là hơi bão hòa. (Hơi là tập hợp các phân tử rời khỏi chất lỏng trong quá trình bay hơi.) Hơi ở áp suất dưới mức bão hòa được gọi là không bão hòa.

Do sự bốc hơi liên tục của nước từ bề mặt các hồ chứa, đất và thảm thực vật cũng như quá trình hô hấp của con người và động vật nên bầu khí quyển luôn chứa hơi nước. Do đó, áp suất khí quyển là tổng áp suất của không khí khô và hơi nước chứa trong đó. Áp suất hơi nước sẽ đạt giá trị lớn nhất khi không khí bão hòa hơi nước. Hơi bão hòa, không giống như hơi không bão hòa, không tuân theo các định luật của khí lý tưởng. Như vậy, áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích mà phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc này không thể được biểu thị bằng một công thức đơn giản, do đó, dựa trên nghiên cứu thực nghiệm về sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ, các bảng đã được biên soạn từ đó áp suất của nó có thể được xác định ở các nhiệt độ khác nhau.

Áp suất của hơi nước trong không khí ở nhiệt độ nhất định được gọi là độ ẩm tuyệt đối hay áp suất hơi nước. Vì áp suất hơi tỷ lệ thuận với nồng độ của các phân tử, độ ẩm tuyệt đối có thể được định nghĩa là mật độ hơi nước có trong không khí ở nhiệt độ nhất định, biểu thị bằng kilôgam trên mét khối (p).

Hầu hết các hiện tượng quan sát được trong tự nhiên, chẳng hạn như tốc độ bay hơi, làm khô các chất khác nhau và sự héo của thực vật, không phụ thuộc vào lượng hơi nước trong không khí mà phụ thuộc vào lượng này gần với mức bão hòa như thế nào, tức là. , về độ ẩm tương đối, đặc trưng cho mức độ bão hòa của không khí với hơi nước. Ở nhiệt độ thấp và độ ẩm cao, quá trình truyền nhiệt tăng lên và cơ thể trở nên hạ thân nhiệt. Ở nhiệt độ và độ ẩm cao, ngược lại, quá trình truyền nhiệt giảm mạnh, dẫn đến cơ thể quá nóng. Điều thuận lợi nhất cho con người ở vĩ độ khí hậu trung bình là độ ẩm tương đối 40-60%. Độ ẩm tương đối là tỷ lệ giữa mật độ hơi nước (hoặc áp suất) trong không khí ở nhiệt độ nhất định với mật độ (hoặc áp suất) của hơi nước ở cùng nhiệt độ, được biểu thị bằng phần trăm, tức là.

Độ ẩm tương đối rất khác nhau. Hơn nữa, sự biến đổi hàng ngày của độ ẩm tương đối ngược lại với sự biến đổi nhiệt độ hàng ngày. Vào ban ngày, khi nhiệt độ tăng và do đó, khi áp suất bão hòa tăng, độ ẩm tương đối giảm và vào ban đêm, độ ẩm tương đối tăng. Cùng một lượng hơi nước có thể bão hòa hoặc không bão hòa không khí. Bằng cách hạ thấp nhiệt độ không khí, hơi nước trong đó có thể đạt đến trạng thái bão hòa. Điểm sương là nhiệt độ tại đó hơi trong không khí trở nên bão hòa. Khi đạt đến điểm sương trong không khí hoặc trên các vật thể tiếp xúc, hơi nước bắt đầu ngưng tụ. Để xác định độ ẩm không khí, người ta sử dụng các dụng cụ gọi là máy đo độ ẩm và máy đo tâm thần.

Sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ. Trạng thái của hơi bão hòa được mô tả gần đúng bằng phương trình trạng thái của khí lý tưởng (3.4), và áp suất của nó được xác định xấp xỉ theo công thức

Khi nhiệt độ tăng, áp suất tăng. Vì áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích nên chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Tuy nhiên, sự phụ thuộc này, được tìm thấy bằng thực nghiệm, không tỉ lệ thuận, giống như sự phụ thuộc của khí lý tưởng ở thể tích không đổi. Khi nhiệt độ tăng, áp suất của hơi bão hòa tăng nhanh hơn áp suất của khí lý tưởng (Hình 52, đoạn đường AB).

Điều này xảy ra vì lý do sau. Khi một chất lỏng được đun nóng bằng hơi nước trong bình kín, một phần chất lỏng sẽ chuyển thành hơi nước. Kết quả là, theo công thức (5.1), áp suất hơi tăng không chỉ do nhiệt độ tăng mà còn do tăng nồng độ phân tử (mật độ) của hơi. Sự khác biệt chính trong hoạt động của khí lý tưởng và hơi bão hòa là khi nhiệt độ của hơi trong bình kín thay đổi (hoặc khi thể tích thay đổi ở nhiệt độ không đổi), khối lượng của hơi thay đổi. Chất lỏng một phần biến thành hơi hoặc ngược lại, hơi ngưng tụ một phần. Không có gì như thế này xảy ra với một loại khí lý tưởng.

Khi toàn bộ chất lỏng đã bay hơi hết, hơi nước sẽ không còn bão hòa khi đun nóng thêm và áp suất của nó ở một thể tích không đổi sẽ tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (phần BC trên Hình 52).

Sôi. Sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ giải thích tại sao điểm sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất. Khi sôi, bong bóng hơi phát triển nhanh chóng được hình thành trong toàn bộ thể tích chất lỏng, nổi lên bề mặt. Rõ ràng, bong bóng hơi có thể phát triển khi áp suất của hơi bão hòa bên trong nó vượt quá áp suất trong chất lỏng một chút, bằng tổng áp suất không khí trên bề mặt chất lỏng (áp suất bên ngoài) và áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng. .

Quá trình sôi bắt đầu ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hòa trong bọt bằng áp suất trong chất lỏng.

Áp suất bên ngoài càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Do đó, ở áp suất trong nồi hơi đạt Pa, nước không sôi ngay cả ở nhiệt độ 200°C. Trong các cơ sở y tế, nước sôi trong các bình kín - nồi hấp (Hình 53) - cũng xảy ra ở áp suất cao. Do đó, điểm sôi cao hơn đáng kể so với 100°C. Nồi hấp được sử dụng để khử trùng dụng cụ phẫu thuật, băng, v.v.

Ngược lại, bằng cách giảm áp suất, chúng ta sẽ hạ thấp điểm sôi. Bằng cách bơm không khí và hơi nước ra khỏi bình, bạn có thể làm cho nước sôi ở nhiệt độ phòng (Hình 54). Khi bạn leo núi, áp suất khí quyển giảm. Do đó, điểm sôi giảm. Trên cao

7134 m (Đỉnh Lenin ở Pamirs) áp suất xấp xỉ bằng Pa (300 mm Hg). Nhiệt độ sôi của nước ở đó là khoảng 70°C. Chẳng hạn, không thể nấu thịt trong những điều kiện này.

Sự khác biệt về điểm sôi của chất lỏng được xác định bởi sự chênh lệch áp suất hơi bão hòa của chúng. Áp suất hơi bão hòa càng cao thì điểm sôi của chất lỏng tương ứng càng thấp, vì ở nhiệt độ thấp hơn, áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí quyển. Ví dụ, ở 100°C, áp suất của hơi nước bão hòa bằng (760 mm Hg) và hơi thủy ngân chỉ bằng 117 Pa (0,88 mm Hg). Thủy ngân sôi ở nhiệt độ 357°C ở áp suất bình thường.

Nhiệt độ nguy hiểm. Khi nhiệt độ tăng, đồng thời với sự gia tăng áp suất của hơi bão hòa, mật độ của nó cũng tăng lên. Ngược lại, mật độ của chất lỏng ở trạng thái cân bằng với hơi của nó giảm do sự giãn nở của chất lỏng khi đun nóng. Nếu trong một hình, chúng ta vẽ các đường cong biểu thị sự phụ thuộc của mật độ của chất lỏng và hơi của nó vào nhiệt độ, thì đối với chất lỏng, đường cong sẽ đi xuống và đối với hơi, nó sẽ đi lên (Hình 55).

Ở một nhiệt độ nhất định, được gọi là tới hạn, cả hai đường cong hợp nhất, tức là mật độ của chất lỏng trở nên bằng mật độ của hơi.

Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ tại đó sự khác biệt về tính chất vật lý giữa chất lỏng và hơi bão hòa của nó biến mất.

Ở nhiệt độ tới hạn, mật độ (và áp suất) của hơi bão hòa trở nên tối đa và mật độ của chất lỏng ở trạng thái cân bằng với hơi trở nên tối thiểu. Nhiệt dung riêng của sự hóa hơi giảm khi nhiệt độ tăng và bằng 0 ở nhiệt độ tới hạn.

Mỗi chất được đặc trưng bởi nhiệt độ tới hạn riêng của nó. Ví dụ, nhiệt độ tới hạn của nước và carbon monoxide lỏng (IV)

Các quá trình bay hơi và ngưng tụ diễn ra liên tục và song song với nhau.

Trong một bình hở, lượng chất lỏng giảm dần theo thời gian, vì sự bay hơi chiếm ưu thế hơn sự ngưng tụ.

Hơi tồn tại trên bề mặt chất lỏng khi sự bay hơi chiếm ưu thế so với sự ngưng tụ hoặc hơi tồn tại khi không có chất lỏng được gọi là không bão hòa.

Trong bình kín, mức chất lỏng không thay đổi theo thời gian vì sự bay hơi và ngưng tụ bù đắp cho nhau: khi nhiều phân tử bay ra khỏi chất lỏng, cùng một số lượng chúng quay trở lại chất lỏng cùng lúc và trạng thái cân bằng động (di động) xảy ra giữa hơi và chất lỏng của nó.

Hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng gọi là hơi bão hòa.

Ở một nhiệt độ nhất định, hơi bão hòa của bất kỳ chất lỏng nào có mật độ cao nhất ( ) và tạo ra áp suất tối đa ( ) mà hơi của chất lỏng này có thể có ở nhiệt độ này.

Áp suất và mật độ hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ phụ thuộc vào loại chất: áp suất lớn hơn tạo ra hơi bão hòa của chất lỏng bay hơi nhanh hơn. Ví dụ, và

Tính chất của hơi không bão hòa: Hơi không bão hòa tuân theo các định luật khí Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles và phương trình trạng thái của khí lý tưởng có thể được áp dụng cho chúng.

Tính chất của hơi bão hòa:1. Ở một thể tích không đổi, khi nhiệt độ tăng, áp suất của hơi bão hòa tăng, nhưng không tỷ lệ thuận (định luật Charles không thỏa mãn), áp suất tăng nhanh hơn áp suất của khí lý tưởng. , khi nhiệt độ tăng dần ( ) , khối lượng hơi nước tăng lên và do đó nồng độ của các phân tử hơi nước tăng lên () và áp suất của hơi nước bão hòa sẽ tan chảy vì hai lý do (

3 1 - hơi nước chưa bão hòa (khí lý tưởng);

2 2 - bão hòa hơi nước; 3 – hơi nước chưa bão hòa,

1 thu được từ hơi nước bão hòa trong cùng

Thể tích khi đun nóng.

2. Áp suất của hơi bão hòa ở nhiệt độ không đổi không phụ thuộc vào thể tích mà nó chiếm giữ.

Khi thể tích tăng, khối lượng của hơi tăng và khối lượng của chất lỏng giảm (một phần chất lỏng biến thành hơi); khi thể tích giảm, hơi trở nên ít hơn và chất lỏng trở nên lớn hơn (một phần của hơi biến thành hơi). chất lỏng), trong khi mật độ và nồng độ của các phân tử hơi bão hòa không đổi, do đó áp suất không đổi ().

chất lỏng

(đã ngồi. hơi nước + chất lỏng)

Không bão hòa hơi nước

Hơi bão hòa không tuân theo định luật khí Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, vì Khối lượng hơi nước trong các quá trình không giữ nguyên không đổi và mọi định luật về khí đều thu được đối với khối lượng không đổi. Phương trình trạng thái khí lý tưởng có thể áp dụng cho hơi bão hòa.

Vì thế, hơi bão hòa có thể được chuyển thành hơi không bão hòa bằng cách đun nóng nó ở một thể tích không đổi hoặc bằng cách tăng thể tích của nó ở nhiệt độ không đổi. Hơi nước chưa bão hòa có thể chuyển thành hơi bão hòa bằng cách làm lạnh nó ở một thể tích không đổi hoặc bằng cách nén nó ở nhiệt độ không đổi.

Tình trạng nguy kịch

Sự hiện diện của bề mặt tự do của chất lỏng giúp có thể chỉ ra vị trí của pha lỏng và pha khí ở đâu. Sự khác biệt rõ rệt giữa chất lỏng và hơi của nó được giải thích là do mật độ của chất lỏng lớn hơn nhiều lần so với hơi. Nếu bạn đun nóng một chất lỏng trong một bình kín, thì do sự giãn nở, mật độ của nó sẽ giảm và mật độ của hơi phía trên nó sẽ tăng lên. Điều này có nghĩa là sự khác biệt giữa chất lỏng và hơi bão hòa của nó được làm phẳng đi và biến mất hoàn toàn ở nhiệt độ đủ cao. Nhiệt độ tại đó sự khác biệt về tính chất vật lý giữa chất lỏng và hơi bão hòa của nó biến mất và mật độ của chúng trở nên giống nhau, được gọi làNhiệt độ nguy hiểm.

Điểm cốt lõi

Để chất lỏng hình thành từ chất khí, thế năng hút trung bình của các phân tử phải vượt quá động năng trung bình của chúng.

Nhiệt độ nguy hiểm – nhiệt độ tối đa mà hơi nước biến thành chất lỏng. Nhiệt độ tới hạn phụ thuộc vào thế năng tương tác giữa các phân tử và do đó khác nhau đối với các loại khí khác nhau. Do sự tương tác mạnh mẽ của các phân tử nước, hơi nước có thể chuyển hóa thành nước ngay cả ở nhiệt độ . Đồng thời, quá trình hóa lỏng nitơ chỉ xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn = -147˚, vì các phân tử nitơ tương tác yếu với nhau.

Một thông số vĩ mô khác ảnh hưởng đến quá trình chuyển đổi hơi-lỏng là áp suất. Khi áp suất bên ngoài tăng lên trong quá trình nén khí, khoảng cách trung bình giữa các hạt giảm đi, lực hút giữa chúng tăng lên và theo đó, thế năng trung bình khi tương tác của chúng tăng lên.

Áp lựchơi bão hòa ở nhiệt độ tới hạn được gọi là phê bình. Đây là áp suất hơi bão hòa cao nhất có thể có của một chất nhất định.

Trạng thái của vật chất với các tham số quan trọng được gọi là phê bình(Điểm cốt lõi) . Mỗi chất có nhiệt độ và áp suất tới hạn riêng.

Ở trạng thái tới hạn, nhiệt dung riêng bay hơi và hệ số căng bề mặt của chất lỏng biến mất. Ở nhiệt độ trên tới hạn, thậm chí ở áp suất rất cao, việc chuyển khí thành lỏng là không thể, tức là không thể thực hiện được. Chất lỏng không thể tồn tại trên nhiệt độ tới hạn. Ở nhiệt độ siêu tới hạn, chất chỉ có thể ở trạng thái hơi.

Sự hóa lỏng khí chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn. Để hóa lỏng, khí được làm lạnh đến nhiệt độ tới hạn, chẳng hạn như thông qua sự giãn nở đoạn nhiệt, sau đó được nén đẳng nhiệt.

Sôi

Hiện tượng bên ngoài trông như thế này: Các bong bóng phát triển nhanh chóng nổi lên từ toàn bộ thể tích chất lỏng lên bề mặt, vỡ ra trên bề mặt và hơi nước thoát ra môi trường.

MKT giải thích sự sôi như sau: Luôn có bọt khí trong chất lỏng; sự bay hơi xảy ra trong đó. Thể tích kín của bong bóng hóa ra không chỉ chứa đầy không khí mà còn chứa đầy hơi nước bão hòa. Khi chất lỏng được làm nóng, áp suất hơi bão hòa trong chúng tăng nhanh hơn áp suất không khí. Khi ở trong một chất lỏng được làm nóng đủ, áp suất hơi bão hòa trong bong bóng trở nên lớn hơn áp suất bên ngoài, chúng tăng thể tích và một lực nổi vượt quá trọng lực của chúng sẽ nâng bong bóng lên bề mặt. Các bong bóng nổi bắt đầu vỡ khi ở một nhiệt độ nhất định, áp suất của hơi bão hòa trong chúng vượt quá áp suất trên chất lỏng. Nhiệt độ của chất lỏng mà tại đó áp suất của hơi bão hòa trong bong bóng bằng hoặc vượt quá áp suất bên ngoài tác dụng lên chất lỏng được gọi là nhiệt độ điểm sôi.

Điểm sôi của các chất lỏng khác nhau là khác nhau, bởi vì áp suất hơi bão hòa trong bong bóng của chúng được so sánh với cùng áp suất bên ngoài ở các nhiệt độ khác nhau. Ví dụ, áp suất của hơi bão hòa trong bong bóng bằng áp suất khí quyển bình thường đối với nước ở 100˚C, đối với thủy ngân ở 357˚C, đối với rượu ở 78˚C, đối với ether ở 35˚C.

Điểm sôi không đổi trong quá trình sôi, bởi vì tất cả nhiệt lượng cung cấp cho chất lỏng được làm nóng đều được dùng cho quá trình bay hơi.

Điểm sôi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài tác dụng lên chất lỏng: khi áp suất tăng, nhiệt độ tăng; Khi áp suất giảm thì nhiệt độ giảm. Ví dụ, ở độ cao 5 km so với mực nước biển, nơi áp suất thấp hơn 2 lần so với áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của nước là 83˚C, trong nồi hơi của động cơ hơi nước, nơi áp suất hơi nước là 15 atm. (), nhiệt độ nước khoảng 200˚С.

Độ ẩm không khí

Luôn có hơi nước trong không khí, vì vậy chúng ta có thể nói về độ ẩm không khí, được đặc trưng bởi các giá trị sau:

1.Độ ẩm tuyệt đối là mật độ hơi nước trong không khí (hoặc áp suất mà hơi nước này tạo ra (.

Độ ẩm tuyệt đối không cho biết mức độ bão hòa của không khí với hơi nước. Cùng một lượng hơi nước ở nhiệt độ khác nhau tạo ra cảm giác ẩm khác nhau.

2.Độ ẩm tương đối- là tỷ số giữa mật độ (áp suất) của hơi nước chứa trong không khí ở nhiệt độ nhất định với mật độ (áp suất) của hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ : hoặc

- độ ẩm tuyệt đối ở nhiệt độ nhất định; - mật độ, áp suất hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ. Mật độ và áp suất của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bất kỳ có thể được tìm thấy trong bảng. Bảng cho thấy nhiệt độ không khí càng cao thì mật độ và áp suất của hơi nước trong không khí càng lớn thì nó mới bão hòa.

Biết được độ ẩm tương đối, bạn có thể hiểu được bao nhiêu phần trăm hơi nước trong không khí ở nhiệt độ nhất định còn xa mới bão hòa. Nếu hơi trong không khí bão hòa thì . Nếu như , khi đó không có đủ hơi nước trong không khí để đạt đến trạng thái bão hòa.

Việc hơi nước trong không khí trở nên bão hòa được đánh giá bằng sự xuất hiện của hơi ẩm ở dạng sương mù hoặc sương. Nhiệt độ tại đó hơi nước trong không khí trở nên bão hòa gọi là điểm sương.

Hơi trong không khí có thể được bão hòa bằng cách thêm hơi thông qua sự bay hơi bổ sung của chất lỏng mà không làm thay đổi nhiệt độ không khí, hoặc nếu có một lượng hơi trong không khí, hãy giảm nhiệt độ của nó.

Độ ẩm tương đối bình thường, thuận lợi nhất cho con người là 40 - 60%. Kiến thức về độ ẩm trong khí tượng học có tầm quan trọng rất lớn đối với việc dự báo thời tiết. Trong sản xuất dệt và bánh kẹo, cần có độ ẩm nhất định cho quá trình bình thường. Việc lưu trữ các tác phẩm nghệ thuật và sách đòi hỏi phải duy trì độ ẩm không khí ở mức cần thiết.

Dụng cụ xác định độ ẩm:

1. Máy đo độ ẩm ngưng tụ (cho phép bạn xác định điểm sương).

2. Máy đo độ ẩm tóc (nguyên lý hoạt động dựa trên sự phụ thuộc của độ dài của tóc không chứa chất béo vào độ ẩm) đo độ ẩm tương đối theo phần trăm.

3. Máy đo tâm thần bao gồm hai nhiệt kế, khô và ẩm. Bình chứa nhiệt kế đã được làm ẩm được bọc trong một miếng vải nhúng vào nước. Do sự bốc hơi của vải nên nhiệt độ của vải được làm ẩm thấp hơn nhiệt độ của vải khô. Sự khác biệt về chỉ số nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm của không khí xung quanh: không khí càng khô, sự bay hơi từ vải càng mạnh thì sự chênh lệch về chỉ số nhiệt kế càng lớn và ngược lại. Nếu độ ẩm không khí là 100% thì số đọc của nhiệt kế sẽ giống nhau, tức là. sự khác biệt về số đọc là 0. Để xác định độ ẩm bằng máy đo độ ẩm, người ta sử dụng bảng đo độ ẩm.

Nóng chảy và kết tinh

Khi tan chảy thể rắn, khoảng cách giữa các hạt tạo thành mạng tinh thể tăng lên và mạng tinh thể bị phá hủy. Quá trình nóng chảy cần năng lượng. Khi một vật rắn được làm nóng, động năng của các phân tử dao động tăng lên và theo đó, biên độ dao động của chúng tăng lên. Ở một nhiệt độ nhất định gọi là độ nóng chảy, trật tự sắp xếp các hạt trong tinh thể bị phá vỡ, tinh thể mất đi hình dạng. Một chất tan chảy, chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.

Khi kết tinh các phân tử kết hợp với nhau tạo thành mạng tinh thể. Sự kết tinh chỉ có thể xảy ra khi chất lỏng giải phóng năng lượng. Khi chất nóng chảy nguội đi, động năng trung bình và tốc độ của các phân tử giảm xuống. Lực hấp dẫn có thể giữ các hạt ở gần vị trí cân bằng của chúng. Ở một nhiệt độ nhất định gọi là nhiệt độ đông đặc (kết tinh), tất cả các phân tử đều ở vị trí cân bằng ổn định, sự sắp xếp của chúng trở nên có trật tự - một tinh thể được hình thành.

Sự nóng chảy của một chất rắn xảy ra ở cùng nhiệt độ mà chất đó đông đặc lại

Mỗi chất có điểm nóng chảy riêng. Ví dụ, điểm nóng chảy của helium là -269,6˚С, đối với thủy ngân -38,9˚С, đối với đồng 1083˚С.

Trong quá trình nóng chảy nhiệt độ không đổi. Lượng nhiệt cung cấp từ bên ngoài được sử dụng để phá hủy mạng tinh thể.

Trong quá trình đóng rắn, tuy nhiệt bị loại bỏ nhưng nhiệt độ không thay đổi. Năng lượng giải phóng trong quá trình kết tinh được dùng để duy trì nhiệt độ không đổi.

Cho đến khi toàn bộ chất tan chảy hoặc toàn bộ chất cứng lại, tức là. Chừng nào pha rắn và pha lỏng của một chất tồn tại cùng nhau thì nhiệt độ không thay đổi.

tivi+chất lỏng chất lỏng+tivi

, lượng nhiệt ở đâu, - nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy một chất được giải phóng trong quá trình kết tinh theo khối lượng

- nhiệt dung riêng của phản ứng tổng hợp– lượng nhiệt cần thiết để làm nóng chảy một chất nặng 1 kg tại điểm nóng chảy của nó.

Lượng nhiệt tiêu hao trong quá trình nóng chảy của một khối lượng nhất định của một chất thì lượng nhiệt tỏa ra tương đương trong quá trình kết tinh của khối lượng này.

Còn được gọi là nhiệt dung riêng của sự kết tinh.

Tại điểm nóng chảy, nội năng của một chất ở trạng thái lỏng lớn hơn nội năng của cùng một khối lượng chất đó ở trạng thái rắn.

Đối với một số lượng lớn các chất, khi nóng chảy, thể tích tăng và mật độ giảm. Ngược lại, khi đông cứng, thể tích giảm và mật độ tăng. Ví dụ, tinh thể naphtalen rắn chìm trong naphtalen lỏng.

Một số chất, ví dụ như bismuth, nước đá, gali, gang, v.v., nén lại khi nóng chảy và nở ra khi đông đặc. Những sai lệch so với quy luật chung này được giải thích bằng các đặc điểm cấu trúc của mạng tinh thể. Do đó, nước đặc hơn băng, băng nổi trong nước. Sự giãn nở của nước khi đóng băng dẫn đến sự phá hủy đá.

Sự thay đổi thể tích của kim loại trong quá trình nóng chảy và hóa rắn có tầm quan trọng đáng kể trong xưởng đúc.

Kinh nghiệm cho thấy rằng sự thay đổi áp suất bên ngoài tác dụng lên một chất rắn được phản ánh ở điểm nóng chảy của chất này. Đối với những chất nở ra khi tan chảy, sự gia tăng áp suất bên ngoài dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ nóng chảy, bởi vì làm phức tạp quá trình nóng chảy. Nếu các chất bị nén trong quá trình nóng chảy, thì đối với chúng, áp suất bên ngoài tăng sẽ dẫn đến nhiệt độ nóng chảy giảm, bởi vì hỗ trợ quá trình nóng chảy. Chỉ có sự gia tăng áp suất rất lớn mới làm thay đổi đáng kể điểm nóng chảy. Ví dụ, để giảm nhiệt độ tan của băng xuống 1˚C, áp suất cần tăng thêm 130 atm. Điểm nóng chảy của một chất ở áp suất khí quyển bình thường được gọi là điểm nóng chảy của một chất.

Chất lỏng không chỉ bay hơi. Ở một nhiệt độ nhất định nó sôi.
Sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ. Trạng thái của hơi bão hòa, như kinh nghiệm cho thấy (chúng ta đã nói về điều này ở đoạn trước), được mô tả gần đúng bằng phương trình trạng thái của khí lý tưởng (10.4) và áp suất của nó được xác định theo công thức

Khi nhiệt độ tăng, áp suất tăng. Bởi vì Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Tuy nhiên, sự phụ thuộc r n.p. từ T, được tìm thấy bằng thực nghiệm, không tỉ lệ thuận, giống như tỉ lệ của khí lý tưởng ở thể tích không đổi. Khi nhiệt độ tăng, áp suất của hơi bão hòa thực tăng nhanh hơn áp suất của khí lý tưởng ( Hình 11.1, một phần của đường cong AB). Điều này trở nên hiển nhiên nếu chúng ta vẽ các đường đẳng tích của khí lý tưởng qua các điểm MỘT Và TRONG(đường đứt nét). Tại sao chuyện này đang xảy ra?

Khi một chất lỏng được đun nóng trong một bình kín, một phần chất lỏng sẽ biến thành hơi nước. Do đó, theo công thức (11.1) áp suất hơi bão hòa tăng không chỉ do nhiệt độ của chất lỏng tăng mà còn do tăng nồng độ phân tử (mật độ) của hơi. Về cơ bản, sự gia tăng áp suất khi nhiệt độ tăng được xác định chính xác bởi sự gia tăng nồng độ. Sự khác biệt chính trong hoạt động của khí lý tưởng và hơi bão hòa là khi nhiệt độ của hơi trong bình kín thay đổi (hoặc khi thể tích thay đổi ở nhiệt độ không đổi), khối lượng của hơi thay đổi. Chất lỏng một phần biến thành hơi, hoặc ngược lại, hơi ngưng tụ một phần. Không có gì như thế này xảy ra với một loại khí lý tưởng.
Khi toàn bộ chất lỏng đã bay hơi hết, hơi sẽ không còn bão hòa khi đun nóng thêm và áp suất của nó ở một thể tích không đổi sẽ tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (xem phần 2). Hình 11.1, một phần của đường cong Mặt trời).
Sôi. Khi nhiệt độ của chất lỏng tăng thì tốc độ bay hơi tăng. Cuối cùng, chất lỏng bắt đầu sôi. Khi sôi, bong bóng hơi phát triển nhanh chóng được hình thành trong toàn bộ thể tích chất lỏng, nổi lên bề mặt. Điểm sôi của chất lỏng không đổi. Điều này xảy ra vì tất cả năng lượng cung cấp cho chất lỏng đều được dùng để biến nó thành hơi. Trong những điều kiện nào sự sôi bắt đầu?
Chất lỏng luôn chứa các khí hòa tan thoát ra ở đáy và thành bình, cũng như trên các hạt bụi lơ lửng trong chất lỏng, là trung tâm hóa hơi. Hơi chất lỏng bên trong bong bóng đã bão hòa. Khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi bão hòa tăng và kích thước bong bóng tăng. Dưới tác dụng của lực nổi chúng nổi lên trên. Nếu các lớp trên của chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn thì sự ngưng tụ hơi nước xảy ra dưới dạng bong bóng ở các lớp này. Áp suất giảm nhanh và bong bóng vỡ ra. Sự sụp đổ xảy ra nhanh đến mức các bức tường của bong bóng va vào nhau và tạo ra thứ gì đó giống như một vụ nổ. Nhiều vụ nổ vi mô như vậy tạo ra tiếng ồn đặc trưng. Khi chất lỏng đủ ấm, các bong bóng sẽ ngừng xẹp xuống và nổi lên bề mặt. Chất lỏng sẽ sôi. Cẩn thận canh chừng ấm đun nước trên bếp. Bạn sẽ thấy rằng nó gần như ngừng phát ra tiếng động trước khi sôi.
Sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ giải thích tại sao điểm sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt của nó. Bong bóng hơi có thể phát triển khi áp suất của hơi bão hòa bên trong nó vượt quá áp suất trong chất lỏng một chút, đó là tổng áp suất không khí trên bề mặt chất lỏng (áp suất bên ngoài) và áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng.
Chúng ta hãy chú ý đến thực tế là sự bay hơi của chất lỏng xảy ra ở nhiệt độ dưới điểm sôi và chỉ từ bề mặt chất lỏng trong quá trình sôi, sự hình thành hơi xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng.
Quá trình sôi bắt đầu ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hòa trong bọt bằng áp suất trong chất lỏng.
Áp suất bên ngoài càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Do đó, trong nồi hơi ở áp suất đạt 1,6 10 6 Pa, nước không sôi ngay cả ở nhiệt độ 200 ° C. Trong các cơ sở y tế trong các bình kín - nồi hấp ( Hình 11.2) nước sôi cũng xảy ra ở áp suất cao. Do đó, nhiệt độ sôi của chất lỏng cao hơn nhiều so với 100°C. Nồi hấp được sử dụng để khử trùng dụng cụ phẫu thuật, v.v.

Và ngược lại, bằng cách giảm áp suất bên ngoài, do đó chúng ta hạ thấp điểm sôi. Bằng cách bơm không khí và hơi nước ra khỏi bình, bạn có thể làm cho nước sôi ở nhiệt độ phòng ( Hình 11.3). Khi bạn leo núi, áp suất khí quyển giảm, do đó nhiệt độ sôi giảm. Ở độ cao 7134 m (Đỉnh Lenin ở Pamirs), áp suất xấp xỉ 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Nước sôi ở đó ở nhiệt độ khoảng 70°C. Không thể nấu thịt trong những điều kiện này.

Mỗi chất lỏng có điểm sôi riêng, phụ thuộc vào áp suất hơi bão hòa của nó. Áp suất hơi bão hòa càng cao thì điểm sôi của chất lỏng càng thấp, vì ở nhiệt độ thấp hơn, áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí quyển. Ví dụ, ở nhiệt độ sôi 100°C, áp suất hơi bão hòa của nước là 101.325 Pa (760 mm Hg) và áp suất hơi thủy ngân chỉ là 117 Pa (0,88 mm Hg). Thủy ngân sôi ở nhiệt độ 357°C ở áp suất bình thường.
Một chất lỏng sôi khi áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên trong chất lỏng.

Do chuyển động nhiệt, một số phân tử trên bề mặt chất lỏng có vận tốc đủ cao để thắng lực kết dính giữ các phân tử trong chất lỏng và rời khỏi chất lỏng. Hiện tượng này được gọi là sự bay hơi. Kết quả của sự va chạm, các phân tử hơi có thể lại ở gần bề mặt chất lỏng và xâm nhập sâu hơn.

Do đó, các phân tử riêng lẻ rời khỏi chất lỏng và quay trở lại chất lỏng. Nếu nhiều phân tử thoát ra hơn là quay trở lại, chất lỏng sẽ bay hơi. Ngược lại, nếu số phân tử thoát ra ít hơn số phân tử quay trở lại thì xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi. Trong trường hợp cùng số lượng phân tử rời khỏi chất lỏng khi chúng quay trở lại, trạng thái cân bằng được thiết lập giữa hơi và chất lỏng. Hơi nước trong trường hợp này được gọi là giàu có. Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ không đổi là một giá trị không đổi.

Áp suất hơi bão hòa của một số chất ở T = 20°C

Đối với một dung dịch, áp suất hơi bão hòa là tổng áp suất hơi bão hòa của các thành phần dung dịch, có tính đến nồng độ của chúng và được xác định theo định luật Raoult.

Giá trị áp suất hơi bão hòa đặc trưng cho độ bay hơi của chất lỏng. Đặc tính cuối cùng thực tế rất quan trọng đối với pha lỏng của chất hiện màu khi sử dụng trong điều kiện hiện trường, đặc biệt là trong thời kỳ thu đông, khi nhiệt độ không khí giảm và năng suất của quá trình kiểm soát giảm mạnh do chất hiện màu bị khô lâu. Ngoài ra, sự biến động có liên quan đến sự an toàn môi trường của máy phát hiện lỗ hổng, cũng như sự an toàn cháy nổ của toàn bộ cơ sở.

ngưng tụ mao mạch- đây là sự ngưng tụ hơi nước trong các mao mạch và các vết nứt nhỏ của vật liệu xốp, cũng như trong các khoảng trống giữa các hạt hoặc vật thể rắn liền kề nhau. Sự ngưng tụ mao quản bắt đầu bằng sự hấp phụ của các phân tử hơi bởi bề mặt ngưng tụ và sự hình thành sụn lỏng. Kể từ khi quá trình làm ướt diễn ra, hình dạng của mặt khum trong mao mạch là lõm và áp suất hơi bão hòa p phía trên chúng thấp hơn áp suất hơi bão hòa p 0 phía trên bề mặt phẳng.

Do đó, sự ngưng tụ mao quản xảy ra ở áp suất thấp hơn p0. Thể tích chất lỏng ngưng tụ trong lỗ rỗng đạt giá trị giới hạn ở p = p 0. Trong trường hợp này, bề mặt phân cách chất lỏng-khí có độ cong (độ phẳng) bằng không.

Ngưng tụ mao dẫn làm tăng khả năng hấp thụ (hấp phụ) hơi của vật xốp, đặc biệt ở gần điểm bão hòa hơi. Sự ngưng tụ mao dẫn có thể dẫn đến sự suy giảm đáng kể các đặc tính của chất phát hiện được sử dụng trong phát hiện khuyết tật mao quản khi chúng được bảo quản trong các thùng chứa đóng kín, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm cao.