КИПЕНЕ: ПОНЯТИЕ, ВИДОВЕ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На кипене е промяната на състоянието или течна фаза в газообразно състояние. Тя възниква при нагряване на течност до точката на кипене: температурата, при която налягането на парата на течността се равнява на атмосферното налягане, което се упражнява върху повърхността на течността.

По принцип при кипене топлината се подава в долната част на съда, който съдържа течността. Там започва образуването на мехурчета, които се увеличават по обем, докато се издигат към повърхността на течността, защото натискът върху тях намалява, докато те се покачват.

Когато течността заври, се казва, че е достигнала своята точка на кипене. Източник: Pixabay

Когато течността, която се нагрява, е вода, мехурчетата съдържат водна пара; тоест, те вече съдържат вода в газообразно състояние. В допълнение, мехурчетата се разпределят по целия обем на течността. Температурата на кипене на водата е около 100ºC, при налягане от 1 атм (760 mmHg).

За да се постигне промяна на състоянието от течна фаза към газообразна, е необходимо да се достави енергия (енталпия на изпаряването). Докато настъпва кипенето, температурата на водата остава постоянна при 100 ° C, тъй като топлинната енергия се губи, тъй като течните водни молекули излизат като водна пара.

Видове варене

Има два основни типа кипене: ядрен и критичен топлинен поток.

При нуклеатно кипене мехурчетата с малък обем се образуват на различни места в обема на течността.

Образуването на мехурчета се наблюдава след покачването на температурата

Междувременно при критичен топлинен поток кипене се случва, когато повърхността, където се подава топлина, за да започне с кипенето, се нагрява над критична стойност на температурата, образувайки слой пара на повърхността.

Точка на кипене

Фактори, които определят точката на кипене

Атмосферно налягане

Увеличаването на атмосферното налягане води до повишаване на точката на кипене, тъй като е необходимо да се увеличи налягането на водната пара, за да се изравни атмосферното налягане. За да се постигне това, температурата на водата трябва да бъде повишена, което налага по-високи калорични разходи.

Напротив, когато атмосферното налягане се понижи, което се случва в планина на голяма надморска височина, точката на кипене намалява, тъй като е необходимо по-ниско налягане на парата, което се равнява на атмосферното.

Междумолекулни сили

Молекулите в разтвор имат няколко типа взаимодействия, включително: дисперсионни или лондонски сили, дипол-диполни сили и водородни връзки. Колкото по-голяма е величината на тези сили, толкова по-висока е температурата на кипене.

Топлинната енергия е необходима за прекъсване на взаимодействието между молекулите, така че те да могат да имат достатъчно енергия за кипене. Например: метил етер (C ₂ H ₆ O) има точка на кипене от 25 ° С, докато етилов етер (С, ₄ Н ₁₀ О) има точка на кипене 78,5 ° С

Разликата между точките на кипене, въпреки че има сходни химични структури, се обяснява, тъй като етиловият етер има по-висока молекулна маса; И двете образуват водородни връзки, но дисперсивните сили в C ₄ H ₁₀ O са по-силни, отколкото в C ₂ H ₆ O.

Разлика между кипене и изпаряване

Кипенето възниква в течността в близост до източника на топлина, след което се разпространява в целия обем на течността. На тази илюстрация се вижда:

Междувременно изпарението е явление на течната повърхност.

Изпарението възниква, когато молекула на течността на границата въздух-течност има достатъчно енергия, за да преодолее повърхностното напрежение, упражнено върху нея; така тя избяга от синуса на течността и преминава в газообразна фаза.

Изпаряването може да възникне при всяка температура, но възможността за появата му нараства с температурата. На следното изображение можете да видите вода, която се изпарява от земята:

Примери за кипене

Парна стерилизация

Провежда се в оборудване, наречено автоклав, който има способността да генерира високо налягане, упражнявано от водна пара, което не е в състояние да избяга. По същия начин има увеличение на точката на кипене на водата, което й позволява да достигне температури над 100 ºC.

В автоклава се стерилизират материали за тъканна култура, хирургически материали, материали за използване в лаборатории, хранителни среди и др. Условията, използвани за стерилизация в автоклава, са: 15 килограма налягане, температура 121 ºC и продължителност 15 минути.

Готвейки храна

Храната се нагрява, като се поставя във вода. По време на готвенето му се използват температури, които са равни на точката на кипене на водата (100 ºC). Храната се загрява през времето, което опитът показва, за да достигне оптималните условия за поглъщане.

Китайската храна използва минимално кипене и задушаване, за да запази цвета, текстурата и аромата на храната. Типът готвене, известен като симер, използва температури под температурата на кипене. Готвенето на храна също се използва с помощта на пара.

Тенджера под налягане

Котлонът под налягане се използва при готвене на храна. Работата му се основава на способността му да ограничава изтичането на водната пара, произведена в атмосферата, което генерира повишаване на вътрешното налягане.

Увеличаването на налягането, упражнявано върху повърхността на течността в тенджерата, се превръща в повишаване на точката на кипене и достига температури над 100 ºC. Това намалява времето за готвене и следователно спестява разход на гориво.

Топлинно разсейване

Водата се кипва на хидрофилни повърхности за охлаждане на ядрени реактори и електронни устройства с голяма мощност, като по този начин се предпазва от прегряване. За да достигне точката на кипене и да заври, водата трябва да поема топлина от околностите си и това води до понижаване на нейната температура.

Определяне на моларната маса на разтворените вещества

Увеличаването на точката на кипене на водата е сблъскащо свойство; и следователно зависи от концентрацията на разтвореното разтворено вещество. Знаейки това, може да се оцени моларната маса на разтвореното вещество. Съществуват обаче по-прецизни методи, като например мас-спектрометрия, която все още е полезен метод.

Захарна промишленост

При рафинирането на тръстикова захар за производството на кристална захар, сокът от тръстика се вари и температурата, която достига, зависи от концентрацията на захарта в него.

Повишаването на точката на кипене на сока от тръстика е мярка за концентрацията на захарта в разтвора. Това е важна информация за постигане на кристализацията на захарта.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (26 септември 2019 г.). Определение за кипене в химията. Възстановено от: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Точка на кипене. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29 септември 2019 г.). Кипене. Възстановено от: chem.libretexts.org
5. Кипене. Възстановена от: chem.purdue.edu
6. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (19 май 2015 г.). Кипене. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
7. Проф. София Гутиерес де Гамбоа. (2008 г.). Стерилизация чрез човешка топлина., Възстановено от: ucv.ve
8. Университет Пърдю. (30 април 2018 г.). Водоотблъскващите повърхности могат ефективно да кипят вода, поддържане на електрониката хладно. ScienceDaily. Възстановено от: sciencedaily.com
9. Бренан, Джон. (2019). Използване на височината на точката на кипене. sciencing.com. Възстановено от: sciaching.com