Yüz bakımı: faydalı ipuçları

Yukarıdaki değerlendirmelerden, bir sıvının kaynama noktasının dış basınca bağlı olması gerektiği açıktır. Gözlemler bunu doğruluyor. Dış basınç ne kadar büyük olursa kaynama noktası da o kadar yüksek olur. Böylece basıncı 1,6 × 10 6 Pa'ya ulaşan bir buhar kazanında su, 200 °C sıcaklıkta dahi kaynamaz. Tıbbi kurumlarda, hava geçirmez şekilde kapatılmış kaplarda - otoklavlarda (Şekil 6.11) suyun kaynaması da meydana gelir. yüksek tansiyon

. Bu nedenle kaynama noktası 100°C'nin oldukça üzerindedir. Otoklavlar cerrahi aletleri, pansumanları vb. sterilize etmek için kullanılır.

Tersine, dış basıncı azaltarak kaynama noktasını düşürürüz. Hava pompasının çanının altında suyu oda sıcaklığında kaynatabilirsiniz (Şek. 6.12). Dağlara tırmanıldıkça atmosfer basıncı düşer, dolayısıyla kaynama noktası düşer. 7134 m yükseklikte (Pamirlerdeki Lenin Zirvesi) basınç yaklaşık 4 · 10 4 Pa ​​(300 mm Hg)'dir. Su burada yaklaşık 70 °C'de kaynar. Örneğin bu koşullar altında et pişirmek imkansızdır.

Şekil 6.13'te suyun kaynama noktası ile dış basıncın eğrisi gösterilmektedir. Bu eğrinin aynı zamanda doymuş su buharı basıncının sıcaklığa bağımlılığını ifade eden bir eğri olduğunu anlamak kolaydır.

Sıvıların kaynama noktaları arasındaki farklar

Maddelerin kaynama noktaları arasındaki fark, teknolojide, örneğin petrol ürünlerinin ayrılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yağ ısıtıldığında önce en değerli, uçucu kısımları (benzin) buharlaşır ve bu sayede “ağır” kalıntılardan (yağlar, akaryakıt) ayrıştırılabilir.

Bir sıvı, doymuş buhar basıncı sıvının içindeki basınca eşit olduğunda kaynar.

§ 6.6. Buharlaşma ısısı

Sıvıyı buhara dönüştürmek için enerji gerekli midir? Büyük ihtimalle evet! Değil mi?

Bir sıvının buharlaşmasına soğumasının eşlik ettiğini belirtmiştik (bkz. § 6.1). Buharlaşan sıvının sıcaklığının değişmeden kalması için dışarıdan ısı sağlanması gerekir. Elbette ısının kendisi çevredeki cisimlerden sıvıya aktarılabilir. Böylece bardaktaki su buharlaşır, ancak ortam sıcaklığından biraz daha düşük olan suyun sıcaklığı değişmeden kalır. Suyun tamamı buharlaşana kadar ısı havadan suya aktarılır.

Suyun (veya başka bir sıvının) kaynamasını sağlamak için, örneğin bir brülörle ısıtılarak sürekli olarak ısı da sağlanmalıdır. Bu durumda suyun ve kabın sıcaklığı artmaz ancak her saniye belli miktarda buhar üretilir.

Bu nedenle, bir sıvının buharlaşma veya kaynama yoluyla buhara dönüştürülmesi için bir ısı girdisi gereklidir. Belirli bir sıvı kütlesini aynı sıcaklıkta buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarına bu sıvının buharlaşma ısısı denir.

Vücuda verilen enerji neye harcanıyor? Her şeyden önce, sıvıdan gaz durumuna geçiş sırasında iç enerjisini arttırmak: sonuçta bu, maddenin hacmini sıvı hacminden doymuş buhar hacmine arttırır. Sonuç olarak, moleküller arasındaki ortalama mesafe artar ve dolayısıyla potansiyel enerjileri artar.

Ayrıca bir maddenin hacmi arttıkça dış basınç kuvvetlerine karşı iş yapılır. Oda sıcaklığında buharlaşma ısısının bu kısmı genellikle toplam buharlaşma ısısının yüzde birkaçıdır.

Buharlaşma ısısı sıvının cinsine, kütlesine ve sıcaklığına bağlıdır. Buharlaşma ısısının sıvı tipine bağımlılığı, spesifik buharlaşma ısısı adı verilen bir değerle karakterize edilir.

Belirli bir sıvının spesifik buharlaşma ısısı, bir sıvının buharlaşma ısısının kütlesine oranıdır:

(6.6.1)

Nerede R- sıvı buharlaşmanın özgül ısısı; T- sıvı kütlesi; Q N- buharlaşma ısısı. Özgül buharlaşma ısısının SI birimi kilogram başına joule'dür (J/kg).

Suyun buharlaşma özgül ısısı çok yüksektir: 100 °C sıcaklıkta 2.256·10 6 J/kg. Diğer sıvılar için (alkol, eter, cıva, gazyağı vb.) özgül buharlaşma ısısı 3-10 kat daha azdır.

Maddenin halleri

Demir buharı ve katı hava

Garip bir kelime birleşimi değil mi? Ancak bu hiç de saçma değil: Doğada hem demir buharı hem de katı hava vardır, ancak normal koşullar.

Hangi koşullardan bahsediyoruz? Bir maddenin durumu iki faktör tarafından belirlenir: sıcaklık ve basınç.

Hayatımız nispeten az değişen koşullar altında geçiyor. Hava basıncı bir atmosfer civarında yüzde birkaç oranında dalgalanır; örneğin Moskova bölgesindeki hava sıcaklığı -30 ila +30°C arasında değişiyor; En düşük sıcaklığın sıfır olarak alındığı mutlak sıcaklık ölçeğinde olası sıcaklık(-273°C); bu aralık daha az etkileyici görünecektir: 240-300 K, bu da ortalama değerin yalnızca ±%10'udur.

Bu olağan koşullara alışmış olmamız son derece doğaldır ve bu nedenle “demir katıdır, hava gazdır” gibi basit gerçekleri söylerken şunu eklemeyi unutuyoruz: “ne zaman”. normal koşullar".

Demiri ısıtırsanız önce erir, sonra buharlaşır. Hava soğutulursa önce sıvıya dönüşecek, sonra katılaşacaktır.

Okuyucu demir buharı veya katı hava ile hiç karşılaşmamış olsa bile, muhtemelen sıcaklığı değiştirerek herhangi bir maddenin katı, sıvı ve gaz halinde veya yine dedikleri gibi katı, sıvı halde elde edilebileceğine kolayca inanacaktır. veya gaz fazları.

Buna inanmak kolaydır çünkü herkes, hem gaz hem sıvı hem de formda Dünya'daki yaşamın imkansız olacağı bir maddeyi gözlemledi. sağlam. Elbette sudan bahsediyoruz.

Maddenin bir durumdan diğerine dönüşümü hangi koşullar altında gerçekleşir?

Kaynama

Termometreyi çaydanlığa dökülen suya indirirsek, elektrikli ocağı açarsak ve termometrenin cıvasını izlersek şunu göreceğiz: Cıva seviyesi neredeyse anında yükselecek. Şimdi 90, 95 ve son olarak 100°C. Su kaynar ve aynı zamanda cıvanın yükselişi de durur. Su dakikalardır kaynıyor ancak cıva seviyesi değişmedi. Suyun tamamı kaynayana kadar sıcaklık değişmeyecektir (Şekil 4.1).

Pirinç. 4.1

Su sıcaklığı değişmezse ısı nereye gider? Cevap açıktır. Suyu buhara dönüştürme işlemi enerji gerektirir.

Bir gram suyun enerjisini ve ondan oluşan bir gram buharı karşılaştıralım. Buhar molekülleri su moleküllerine göre birbirlerinden daha uzakta bulunur. Bu nedenle suyun potansiyel enerjisinin buharın potansiyel enerjisinden farklı olacağı açıktır.

Parçacıklar birbirine yaklaştıkça çekme potansiyel enerjisi azalır. Bu nedenle buharın enerjisi suyun enerjisinden daha fazladır ve suyu buhara dönüştürmek enerji gerektirir. Bu fazla enerji elektrikli ocak tarafından çaydanlıktaki kaynayan suya aktarılır.

Suyu buhara dönüştürmek için gereken enerji; buharlaşma ısısı denir. 1 gr suyu buhara dönüştürmek için 539 cal gerekir (bu 100°C sıcaklık için olan rakamdır).

1 gram suya 539 cal tüketilirse 1 mol suya 18*539 = 9700 cal harcanır. Bu miktardaki ısının moleküller arası bağları kırmak için harcanması gerekir.

Bu rakamı molekül içi bağları kırmak için gereken iş miktarıyla karşılaştırabilirsiniz. 1 mol su buharını atomlarına ayırmak için yaklaşık 220.000 cal yani 25 kat daha fazla enerji gerekir. Bu, molekülleri birbirine bağlayan kuvvetlerin, atomları bir molekül halinde bir araya getiren kuvvetlere kıyasla zayıflığını doğrudan kanıtlar.

Kaynama sıcaklığının basınca bağımlılığı

Suyun kaynama noktası 100°C'dir; Bunun suyun doğasında olan bir özelliği olduğu, suyun nerede ve hangi koşullar altında olursa olsun daima 100°C sıcaklıkta kaynayacağı düşünülebilir.

Ancak durum böyle değil ve yüksek dağ köylerinin sakinleri de bunun farkında.

Elbrus'un tepesine yakın bir yerde turistler için bir ev ve bir bilim istasyonu var. Yeni başlayanlar bazen "yumurtayı kaynar suda haşlamanın ne kadar zor olduğu" veya "kaynayan su neden yanmaz" sorularına şaşırırlar. Bu koşullar altında Elbrus'un tepesinde suyun zaten 82°C sıcaklıkta kaynadığı söyleniyor.

Sorun ne? Kaynama olayına hangi fiziksel faktör müdahale eder? Deniz seviyesinden yüksekliğin önemi nedir?

Bu fiziksel faktör sıvının yüzeyine etki eden basınçtır. Söylenenlerin doğruluğunu teyit etmek için dağın tepesine tırmanmanıza gerek yok.

Isıtılmış suyu bir zilin altına yerleştirerek ve oradan havayı pompalayarak veya dışarı pompalayarak, basınç arttıkça kaynama noktasının yükselmesini ve azaldıkça düşmesini sağlayabilirsiniz.

Su 100°C'de yalnızca belirli bir basınçta (760 mm Hg) kaynar. Sanat. (veya 1 atm).

Kaynama noktası-basınç eğrisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.2. Elbrus'un tepesinde basınç 0,5 atm'dir ve bu basınç 82°C kaynama noktasına karşılık gelir.

Pirinç. 4.2

Ancak su 10-15 mmHg'de kaynar. Art., Sıcak havalarda serinleyebilirsiniz. Bu basınçta kaynama noktası 10-15°C'ye düşecektir.

Hatta donma suyu sıcaklığına sahip “kaynar su” bile elde edebilirsiniz. Bunu yapmak için basıncı 4,6 mm Hg'ye düşürmeniz gerekecek. Sanat.

Çanın altına içi su dolu açık bir kap yerleştirip havayı dışarı pompalarsanız ilginç bir resim gözlemlenebilir. Pompalama suyun kaynamasına neden olur, ancak kaynatma ısı gerektirir. Onu alacak hiçbir yer yok ve suyun enerjisinden vazgeçmesi gerekecek. Kaynayan suyun sıcaklığı düşmeye başlayacak, ancak pompalama devam ettikçe basınç da düşecektir. Bu nedenle kaynama durmayacak, su soğumaya devam edecek ve sonunda donacaktır.

Böyle bir kaynama soğuk su yalnızca hava pompalanırken meydana gelmez. Örneğin, bir geminin pervanesi döndüğünde, metal bir yüzeye yakın hızla hareket eden bir su tabakasındaki basınç büyük ölçüde düşer ve bu tabakadaki su kaynar, yani içinde çok sayıda buhar dolu kabarcıklar belirir. Bu fenomene kavitasyon denir (Latince cavitas - boşluk kelimesinden gelir).

Basıncı azaltarak kaynama noktasını düşürürüz. Peki onu artırarak mı? Bizimki gibi bir grafik bu soruyu yanıtlıyor. 15 atm'lik basınç suyun kaynamasını geciktirebilir, kaynama yalnızca 200°C'de başlar ve 80 atm'lik basınç suyun yalnızca 300°C'de kaynamasına neden olur.

Yani belirli bir dış basınç, belirli bir kaynama noktasına karşılık gelir. Ancak bu ifade şu şekilde "tersine çevrilebilir": suyun her kaynama noktası, kendi özel basıncına karşılık gelir. Bu basınca buhar basıncı denir.

Kaynama noktasını basıncın bir fonksiyonu olarak gösteren eğri aynı zamanda sıcaklığın bir fonksiyonu olarak buhar basıncının da bir eğrisidir.

Kaynama noktası grafiğinde (veya buhar basıncı grafiğinde) çizilen sayılar, buhar basıncının sıcaklıkla çok keskin bir şekilde değiştiğini göstermektedir. 0°C'de (yani 273 K) buhar basıncı 4,6 mmHg'dir. Art., 100°C'de (373 K) 760 mm Hg'ye eşittir. Sanat, yani 165 kat artar. Sıcaklık iki katına çıktığında (0°C, yani 273 K'den 273°C, yani 546 K'ya), buhar basıncı 4,6 mm Hg'den artar. Sanat. neredeyse 60 atm'ye kadar, yani yaklaşık 10.000 kez.

Bu nedenle tam tersine kaynama noktası basınçla oldukça yavaş değişir. Basınç iki kez 0,5 atm'den 1 atm'ye değiştiğinde kaynama noktası 82°C'den (355 K) 100°C'ye (373 K) yükselir ve basınç 1'den 2 atm'ye iki katına çıktığında 100°C'den (373 K) ) ila 120°C (393 K).

Şu anda ele aldığımız eğri aynı zamanda buharın suya yoğunlaşmasını (yoğunlaşmasını) da kontrol eder.

Buhar, sıkıştırılarak veya soğutularak suya dönüştürülebilir.

Hem kaynama hem de yoğunlaşma sırasında, buharın suya veya suyun buhara dönüşümü tamamlanana kadar nokta eğriden hareket etmeyecektir. Bu şu şekilde de formüle edilebilir: Eğrimizin koşulları altında ve yalnızca bu koşullar altında sıvı ve buharın bir arada bulunması mümkündür. Isı eklenmezse veya çıkarılmazsa kapalı bir kaptaki buhar ve sıvı miktarları değişmeden kalacaktır. Bu tür buhar ve sıvının dengede olduğu söylenir ve sıvısıyla dengede olan buhara doymuş denir.

Kaynama ve yoğunlaşma eğrisinin, gördüğümüz gibi, başka bir anlamı daha vardır: Sıvı ve buharın denge eğrisidir. Denge eğrisi diyagram alanını iki parçaya böler. Solda ve yukarı doğru (daha yüksek sıcaklıklara ve daha düşük basınca doğru) buharın kararlı durumdaki bölgesi bulunur. Sağda ve altta sıvının kararlı durumunun bölgesi var.

Buhar-sıvı denge eğrisi, yani kaynama noktasının basınca bağımlılığı eğrisi veya aynı şey, buhar basıncının sıcaklığa bağlılığı eğrisi, tüm sıvılar için yaklaşık olarak aynıdır. Bazı durumlarda değişim biraz daha ani olabilir, bazılarında ise biraz daha yavaş olabilir, ancak buhar basıncı artan sıcaklıkla birlikte her zaman hızlı bir şekilde artar.

“Gaz” ve “buhar” kelimelerini zaten birçok kez kullandık. Bu iki kelime oldukça eşittir. Şöyle diyebiliriz: Su gazı su buharıdır, oksijen gazı ise oksijen sıvı buharıdır. Yine de bu iki kelimeyi kullanırken belli bir alışkanlık gelişmiştir. Nispeten küçük bir sıcaklık aralığına alışkın olduğumuz için, genellikle "gaz" sözcüğünü, normal sıcaklıklarda buhar esnekliği atmosfer basıncından daha yüksek olan maddelere kullanırız. Aksine, oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında maddenin sıvı formunda daha kararlı olduğu durumlarda buhardan bahsederiz.

Buharlaşma

Kaynama hızlı bir işlemdir ve kısa sürede kaynayan sudan eser kalmaz; buhara dönüşür.

Ancak suyu veya başka bir sıvıyı buhara dönüştürmenin başka bir olgusu daha var - bu buharlaşmadır. Buharlaşma, basınçtan bağımsız olarak herhangi bir sıcaklıkta meydana gelir ve normal koşullar altında her zaman 760 mm Hg'ye yakındır. Sanat. Buharlaşma kaynamanın aksine çok yavaş bir süreçtir. Kapatmayı unuttuğumuz bir kolonya şişesi birkaç gün sonra boşalacaktır; o Sulu tabak daha uzun süre dayanacak, ancak er ya da geç kuruyacaktır.

Buharlaşma sürecinde hava önemli bir rol oynar. Tek başına suyun buharlaşmasını engellemez. Sıvının yüzeyini açtığımız anda su molekülleri en yakın hava katmanına doğru hareket etmeye başlayacaktır.

Bu katmandaki buhar yoğunluğu hızla artacak; Kısa bir süre sonra buhar basıncı, ortamın sıcaklığının elastiklik özelliğine eşit hale gelecektir. Bu durumda buhar basıncı havanın olmadığı durumla tamamen aynı olacaktır.

Buharın havaya geçişi elbette basıncın artması anlamına gelmez. Su yüzeyinin üstündeki boşluktaki toplam basınç artmaz, sadece bu basıncın buhar tarafından alınan payı artar ve buna bağlı olarak buharın yer değiştirdiği havanın payı azalır.

Suyun üstünde havayla karışmış buhar vardır; üstünde buharsız hava katmanları vardır. Kaçınılmaz olarak karışacaklar. Su buharı sürekli olarak üst katmanlara doğru hareket edecek ve onun yerine alt katmana su molekülleri içermeyen hava girecektir. Bu nedenle suya en yakın katmanda her zaman yeni su molekülleri için yer açılacaktır. Su, yüzeydeki su buharı basıncını elastikiyete eşit tutarak sürekli olarak buharlaşacak ve su tamamen buharlaşana kadar işlem devam edecektir.

Kolonya ve su örneğiyle başladık. Farklı oranlarda buharlaştıkları iyi bilinmektedir. Eter son derece hızlı buharlaşır, alkol oldukça hızlı buharlaşır ve su çok daha yavaş buharlaşır. Referans kitabında bu sıvıların örneğin oda sıcaklığındaki buhar basıncı değerlerini bulursak burada neler olduğunu hemen anlayacağız. İşte rakamlar: eter - 437 mm Hg. Sanat, alkol - 44,5 mm Hg. Sanat. ve su - 17,5 mm Hg. Sanat.

Esneklik ne kadar büyük olursa, bitişik hava katmanındaki buhar o kadar fazla olur ve sıvı o kadar hızlı buharlaşır. Sıcaklık arttıkça buhar basıncının da arttığını biliyoruz. Isıtmayla buharlaşma oranının neden arttığı açıktır.

Buharlaşma hızı başka bir şekilde etkilenebilir. Buharlaşmaya yardımcı olmak istiyorsak, buharı sıvıdan hızlı bir şekilde uzaklaştırmamız, yani havanın karışmasını hızlandırmamız gerekir. Bu nedenle sıvının üflenmesiyle buharlaşma büyük ölçüde hızlanır. Su, nispeten düşük bir buhar basıncına sahip olmasına rağmen, tabağın rüzgara maruz bırakılması durumunda oldukça hızlı bir şekilde kaybolacaktır.

Bu nedenle sudan çıkan bir yüzücünün rüzgarda neden üşüdüğünü anlamak kolaydır. Rüzgar, havanın buharla karışmasını hızlandırır ve dolayısıyla buharlaşmayı hızlandırır ve insan vücudu buharlaşma için ısıdan vazgeçmek zorunda kalır.

Bir kişinin refahı, havada su buharının çok mu yoksa az mı olduğuna bağlıdır. Hem kuru hem de nemli hava rahatsız edicidir. Nem %60 olduğunda normal kabul edilir. Bu, su buharının yoğunluğunun aynı sıcaklıkta doymuş su buharının yoğunluğunun %60'ı olduğu anlamına gelir.

Nemli hava soğutulursa, sonunda içindeki su buharı basıncı o sıcaklıktaki buhar basıncına eşit olacaktır. Buhar doymuş hale gelecek ve sıcaklık daha da düştükçe yoğunlaşarak suya dönüşmeye başlayacaktır. Çimleri ve yaprakları nemlendiren sabah çiyleri tam da bu fenomen nedeniyle ortaya çıkar.

20°C yoğunlukta doymuş buharlar su - yaklaşık 0,00002 g/cm3. Havada bu sayıdaki su buharının %60'ı varsa kendimizi iyi hissederiz; bu, 1 cm3 başına gramın yüz binde birinden biraz fazlası anlamına gelir.

Bu rakam küçük olmasına rağmen odada etkileyici miktarda buhar oluşmasına neden olacaktır. 12 m2 alana ve 3 m yüksekliğe sahip orta büyüklükte bir odada yaklaşık bir kilogram suyun doymuş buhar şeklinde "sığabileceğini" hesaplamak kolaydır.

Yani böyle bir oda sıkıca kapatılırsa ve açık bir su varili konursa, varilin kapasitesi ne olursa olsun bir litre su buharlaşacaktır.

Bu sonucu su için karşılaştırmak ilginçtir. karşılık gelen rakamlar cıva için. 20°C'lik aynı sıcaklıkta doymuş cıva buharının yoğunluğu 10-8 g/cm3'tür.

Az önce tartışılan odaya 1 g'dan fazla cıva buharı sığmayacaktır.

Bu arada cıva buharı çok zehirlidir ve 1 g cıva buharı herhangi bir kişinin sağlığına ciddi şekilde zarar verebilir. Cıva ile çalışırken en küçük cıva damlasının bile dökülmemesine dikkat etmelisiniz.

Kritik sıcaklık

Gaz sıvıya nasıl dönüştürülür? Kaynama noktası grafiği bu soruyu yanıtlıyor. Sıcaklığı azaltarak veya basıncı artırarak gazı sıvıya dönüştürebilirsiniz.

19. yüzyılda basıncı arttırmak, sıcaklığı düşürmekten daha kolay bir iş gibi görünüyordu. Bu yüzyılın başında büyük İngiliz fizikçi Michael Farada, gazları buhar basıncı değerlerine kadar sıkıştırmayı ve bu sayede birçok gazı (klor, karbondioksit vb.) sıvıya dönüştürmeyi başardı.

Ancak bazı gazlar (hidrojen, nitrojen, oksijen) sıvılaştırılamadı. Basınç ne kadar artırılırsa artırılsın sıvıya dönüşmediler. Oksijen ve diğer gazların sıvı olamayacağı düşünülebilir. Bunlar gerçek veya kalıcı gazlar olarak sınıflandırıldı.

Aslında başarısızlıklar önemli bir durumun anlaşılmamasından kaynaklanıyordu.

Sıvı ve buharın dengede olduğunu düşünelim ve kaynama noktası arttıkça ve tabii ki buna karşılık gelen basınç arttıkça onlara ne olacağını düşünelim. Başka bir deyişle kaynama grafiğindeki bir noktanın eğri boyunca yukarı doğru hareket ettiğini hayal edin. Sıcaklık arttıkça sıvının genleştiği ve yoğunluğunun azaldığı açıktır. Buharda kaynama noktası artar mı? elbette genişlemesine katkıda bulunur, ancak daha önce de söylediğimiz gibi doymuş buhar basıncı kaynama noktasından çok daha hızlı artar. Bu nedenle buhar yoğunluğu düşmez, aksine kaynama sıcaklığının artmasıyla hızla artar.

Sıvının yoğunluğu azaldığından ve buharın yoğunluğu arttığından, kaynama eğrisi boyunca "yukarı" hareket ederek kaçınılmaz olarak sıvı ve buharın yoğunluklarının eşit olduğu bir noktaya ulaşacağız (Şekil 4.3).

Pirinç. 4.3

Kritik nokta adı verilen bu dikkat çekici noktada kaynama eğrisi sona erer. Gaz ve sıvı arasındaki tüm farklar yoğunluk farkıyla ilişkili olduğundan kritik noktada sıvı ve gazın özellikleri aynı olur. Her maddenin kendi kritik sıcaklığı ve kendi kritik basıncı vardır. Böylece su için kritik nokta 374 °C sıcaklığa ve 218,5 atm basınca karşılık gelir.

Sıcaklığı kritik sıcaklığın altında olan bir gazı sıkıştırırsanız, sıkıştırma işlemi kaynama eğrisini kesen bir okla temsil edilecektir (Şekil 4.4). Bu, buhar basıncına eşit bir basınca ulaştığı anda (okun kaynama eğrisiyle kesiştiği nokta) gazın sıvı halinde yoğunlaşmaya başlayacağı anlamına gelir. Eğer kabımız şeffaf olsaydı, o zaman şu anda kabın dibinde bir sıvı tabakası oluşumunun başladığını görürdük. Sabit basınçta, sıvı tabakası sonunda tüm gaz sıvıya dönüşene kadar büyüyecektir. Daha fazla sıkıştırma, basınçta bir artış gerektirecektir.

Pirinç. 4.4

Sıcaklığı kritik sıcaklığın üzerinde olan bir gazı sıkıştırırken durum tamamen farklıdır. Sıkıştırma işlemi yine aşağıdan yukarıya doğru giden bir ok olarak gösterilebilir. Ama artık bu ok kaynama eğrisini geçmiyor. Bu, sıkıştırıldığında buharın yoğunlaşmayacağı, yalnızca sürekli olarak yoğunlaşacağı anlamına gelir.

Kritik sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda, bir arayüzle ayrılmış sıvı ve gazın varlığı imkansızdır: Herhangi bir yoğunluğa sıkıştırıldığında pistonun altında homojen bir madde oluşacaktır ve bunun ne zaman gaz olarak adlandırılabileceğini söylemek zordur ve sıvı olduğunda.

Kritik bir noktanın varlığı, sıvı ve gaz halleri arasında temel bir fark olmadığını gösterir. İlk bakışta, yalnızca şu durumlarda böyle temel bir fark yokmuş gibi görünebilir: hakkında konuşuyoruz kritik değerlerin üzerindeki sıcaklıklar hakkında. Ancak durum böyle değil. Kritik bir noktanın varlığı, bir sıvının (bardağa dökülebilen gerçek bir sıvı) herhangi bir kaynama görüntüsü olmadan gaz haline dönüştürülme olasılığını gösterir.

Bu dönüşüm yolu Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.4. Bir çarpı bilinen bir sıvıyı işaret eder. Basıncı biraz düşürürseniz (aşağı ok) kaynar, sıcaklığı biraz yükseltirseniz (sağdaki ok) da kaynar. Ama biz tamamen farklı bir şey yapacağız. Sıvıyı çok güçlü bir şekilde kritikin üzerinde bir basınca sıkıştıracağız. Sıvının durumunu temsil eden nokta dikey olarak yukarıya doğru gidecektir. Sonra sıvıyı ısıtıyoruz - bu süreç tasvir edilecek yatay çizgi. Şimdi Kritik Sıcaklığın sağında kendimizi bulduktan sonra basıncı orijinaline indiriyoruz. Şimdi sıcaklığı düşürürseniz en iyi verimi alabilirsiniz. gerçek buhar Bu sıvıdan daha basit ve kısa bir şekilde elde edilebilecek olan.

Böylece kritik noktayı atlayarak basınç ve sıcaklığı değiştirerek sürekli olarak sıvıdan veya sıvıdan buhardan aktararak buhar elde etmek her zaman mümkündür. Bu sürekli geçiş, kaynama veya yoğunlaşma gerektirmez.

Oksijen, nitrojen ve hidrojen gibi gazları sıvılaştırmaya yönelik ilk girişimler, kritik sıcaklığın varlığı bilinmediğinden başarısız oldu. Bu gazlar çok düşük kritik sıcaklıklara sahiptir: nitrojen -147°C, oksijen -119°C, hidrojen -240°C veya 33 K. Rekorun sahibi helyumdur, kritik sıcaklığı 4,3 K'dir. Bu gazları yalnızca sıvı kutuya dönüştürün tek bir şekilde kullanılabilir - sıcaklıklarını belirtilen sıcaklığın altına düşürmeniz gerekir.

Düşük sıcaklıkların alınması

Sıcaklıkta önemli bir azalma farklı yollarla sağlanabilir. Ancak tüm yöntemlerin fikri aynıdır: Soğutmak istediğimiz bedeni iç enerjisini harcamaya zorlamalıyız.

Bu nasıl yapılır? Bunun bir yolu, dışarıdan ısı eklemeden sıvıyı kaynatmaktır. Bunu yapmak için, bildiğimiz gibi, basıncı azaltmamız gerekiyor - onu buhar basıncı değerine düşürmeliyiz. Kaynama için harcanan ısı sıvıdan alınacak, sıvının ve buharın sıcaklığı da düşecek ve bununla birlikte buhar basıncı da düşecektir. Bu nedenle kaynamanın durmaması ve daha hızlı gerçekleşmesi için, sıvıyla birlikte sürekli olarak kaptan havanın dışarı pompalanması gerekir.

Ancak bu işlem sırasında sıcaklık düşüşü bir sınıra ulaşır: sonunda buharın esnekliği tamamen önemsiz hale gelir ve en güçlü pompalar bile gerekli basıncı oluşturamaz.

Sıcaklığı düşürmeye devam etmek için, gazı elde edilen sıvıyla soğutarak onu daha düşük kaynama noktasına sahip bir sıvıya dönüştürmek mümkündür.

Artık pompalama işlemi ikinci maddeyle tekrarlanabilir ve böylece daha düşük sıcaklıklar elde edilebilir. Gerekirse, düşük sıcaklıkların elde edilmesine yönelik bu "kademeli" yöntem genişletilebilir.

Geçen yüzyılın sonunda yaptıkları da tam olarak buydu; Gazların sıvılaştırılması aşamalar halinde gerçekleştirildi: -103, -183, -196 ve -253°C kaynama noktasına sahip maddeler - etilen, oksijen, nitrojen, hidrojen - sırayla sıvıya dönüştürüldü. Sıvı hidrojen ile en düşük kaynama noktasına sahip sıvı olan helyumu (-269°C) elde edebilirsiniz. Soldaki komşu sağdaki komşunun taşınmasına yardım etti.

Kademeli soğutma yöntemi neredeyse yüz yıllıktır. 1877 yılında bu yöntemle sıvı hava elde edildi.

1884-1885'te İlk kez sıvı hidrojen üretildi. Nihayet, yirmi yıl sonra, son kale ele geçirildi: 1908'de Hollanda'nın Leiden şehrinde Kamerlingh Onnes, helyumu en düşük kritik sıcaklığa sahip bir madde olan sıvıya dönüştürdü. Geçtiğimiz günlerde bu önemli bilimsel başarının 70. yıl dönümü kutlandı.

Uzun yıllar boyunca Leiden laboratuvarı tek “düşük sıcaklıklı” laboratuvardı. Artık tüm ülkelerde, teknik amaçlar için sıvı hava, nitrojen, oksijen ve helyum üreten fabrikaların yanı sıra bu tür düzinelerce laboratuvar var.

Düşük sıcaklıkların elde edilmesinin kademeli yöntemi artık nadiren kullanılmaktadır. İÇİNDE teknik kurulumlar Sıcaklığı düşürmek için, gazın iç enerjisini azaltan başka bir yöntem kullanılır: Gazı hızla genleşmeye zorlarlar ve iç enerjiyi kullanarak iş üretirler.

Örneğin, birkaç atmosfere kadar sıkıştırılmış hava bir genişleticiye konursa, pistonu hareket ettirme veya türbini döndürme işi gerçekleştirildiğinde, hava o kadar keskin bir şekilde soğuyacak ki sıvıya dönüşecektir. Karbondioksit silindirden hızlı bir şekilde salınırsa o kadar hızlı soğur ki anında "buza" dönüşür.

Sıvı gazlar bulunur geniş uygulama teknolojide. Sıvı oksijen, patlayıcı teknolojisinde jet motorlarındaki yakıt karışımının bir bileşeni olarak kullanılır.

Hava sıvılaştırma, teknolojide havayı oluşturan gazları ayırmak için kullanılır.

Teknolojinin çeşitli alanlarında sıvı hava sıcaklığında çalışmak gerekmektedir. Ancak birçok fiziksel çalışma için bu sıcaklık yeterince düşük değildir. Aslında Celsius derecesini mutlak ölçeğe çevirdiğimizde sıvı havanın sıcaklığının oda sıcaklığının yaklaşık 1/3'ü kadar olduğunu görürüz. Fizik açısından çok daha ilgi çekici olan, "hidrojen" sıcaklıkları, yani 14-20 K civarındaki sıcaklıklar ve özellikle "helyum" sıcaklıklarıdır. Sıvı helyum pompalanırken elde edilen en düşük sıcaklık 0,7 K'dir.

Fizikçiler mutlak sıfıra çok daha yaklaşmayı başardılar. Artık mutlak sıfırı derecenin yalnızca birkaç binde biri kadar aşan sıcaklıklar elde edildi. Ancak bu aşırı düşük sıcaklıklar yukarıda tanımladığımız yöntemlere benzemeyen yollarla elde edilir.

İÇİNDE son yıllar düşük sıcaklık fiziği, büyük hacimlerin mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda tutulmasına olanak tanıyan ekipman üretimiyle uğraşan özel bir sanayi dalının ortaya çıkmasına neden oldu; iletken baraları 10 K'nin altındaki sıcaklıklarda çalışan güç kabloları geliştirilmiştir.

Aşırı soğutulmuş buhar ve aşırı ısıtılmış sıvı

Buhar kaynama noktasını geçtiğinde yoğunlaşmalı ve sıvıya dönüşmelidir. Fakat,; Buhar sıvıyla temas etmezse ve buhar çok safsa, o zaman aşırı soğutulmuş veya "aşırı doymuş buhar - uzun zaman önce sıvı haline gelmesi gereken buhar" elde etmenin mümkün olduğu ortaya çıktı.

Aşırı doymuş buhar çok kararsızdır. Bazen bir itme veya uzaya atılan bir buhar tanesi, gecikmeli yoğunlaşmanın başlaması için yeterlidir.

Deneyimler, buhar moleküllerinin kalınlaşmasının, küçük yabancı parçacıkların buharın içine girmesiyle büyük ölçüde kolaylaştırıldığını göstermektedir. Tozlu havada su buharının aşırı doyması meydana gelmez. Duman bulutları yoğunlaşmaya neden olabilir. Sonuçta duman küçük katı parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar buharın içine girdikten sonra etraflarındaki molekülleri toplar ve yoğunlaşma merkezleri haline gelirler.

Yani kararsız olmasına rağmen buhar, bir sıvının “ömrüne” uygun bir sıcaklık aralığında mevcut olabilir.

Aynı koşullar altında bir sıvı buhar bölgesinde “yaşayabilir” mi? Başka bir deyişle bir sıvının aşırı ısınması mümkün müdür?

Bunun mümkün olduğu ortaya çıktı. Bunu yapmak için sıvı moleküllerin yüzeyden çıkmamasını sağlamanız gerekir. Radikal bir çözüm, serbest yüzeyi ortadan kaldırmak, yani sıvıyı, katı duvarlar tarafından her taraftan sıkıştırılacağı bir kaba yerleştirmektir. Bu şekilde birkaç derecelik aşırı ısınma elde etmek, yani sıvıların durumunu temsil eden noktayı kaynama eğrisinin sağına kaydırmak mümkündür (Şekil 4.4).

Aşırı ısınma, sıvının buhar bölgesine kaymasıdır, dolayısıyla sıvının aşırı ısınması hem ısı eklenerek hem de basınç azaltılarak sağlanabilir.

Son yöntem şaşırtıcı sonuçlar elde edebilir. Çözünmüş gazlardan dikkatlice arındırılmış su veya başka bir sıvı (bunu yapmak kolay değildir), sıvının yüzeyine ulaşan bir pistonla bir kaba yerleştirilir. Kap ve piston sıvıyla ıslatılmalıdır. Şimdi pistonu kendinize doğru çekerseniz pistonun alt kısmına yapışan su onu takip edecektir. Ancak pistona yapışan su tabakası bir sonraki su tabakasını da kendisiyle birlikte çekecektir, bu tabaka alttakini çekecektir, bunun sonucunda sıvı esneyecektir.

Sonunda su sütunu kırılacak (pistondan kopacak olan su değil, su sütunudur), ancak bu, birim alan başına kuvvet onlarca kilograma ulaştığında gerçekleşecektir. Yani sıvı içerisinde onlarca atmosferlik negatif basınç oluşur.

Düşük pozitif basınçlarda bile maddenin buhar durumu stabildir. Ve sıvı negatif basınca getirilebilir. Daha parlak bir örnek"aşırı ısınma"ya ulaşmak zordur.

Erime

Sıcaklık artışına mümkün olduğu kadar dayanabilecek katı bir gövde yoktur. Katı parça er ya da geç sıvıya dönüşür; doğru, bazı durumlarda erime noktasına ulaşamayacağız - kimyasal ayrışma meydana gelebilir.

Sıcaklık arttıkça moleküller giderek daha yoğun hareket eder. Sonunda güçlü bir şekilde "sallanan" moleküller arasında düzeni korumanın imkansız hale geldiği bir an gelir. Tungsten en yüksek erime noktasına sahiptir: 3380°C Altın 1063°C'de, demir ise 1539°C'de erir. ayrıca düşük erime noktalı metaller, bilindiği gibi, cıva -39°C'de erir. Organik maddeler yüksek erime noktalarına sahip değildir; naftalin 80°C'de, toluen ise -94.5°C'de erir.

Bir cismin erime noktasını ölçmek, özellikle de sıradan bir termometre ile ölçülen sıcaklık aralığında eriyorsa, hiç de zor değildir. Eriyen bedeni gözlerinizle takip etmenize hiç gerek yok. Termometrenin cıva sütununa bakmanız yeterli. Erime başlayana kadar vücut ısısı yükselir (Şekil 4.5). Erime başladıktan sonra sıcaklık artışı durur ve erime işlemi tamamlanana kadar sıcaklık aynı kalır.

Pirinç. 4.5

Bir sıvının buhara dönüştürülmesi gibi, bir katının sıvıya dönüştürülmesi de ısı gerektirir. Bunun için gereken ısıya gizli füzyon ısısı denir. Örneğin bir kilo buzu eritmek için 80 kcal gerekir.

Buz, füzyon ısısı yüksek olan cisimlerden biridir. Örneğin buzun erimesi aynı kütledeki kurşunun erimesinden 10 kat daha fazla enerji gerektirir. Elbette erimenin kendisinden bahsediyoruz; burada kurşunun erimeye başlamadan önce +327°C'ye ısıtılması gerektiğini söylemiyoruz. Buzun erime ısısının yüksek olması nedeniyle karların erimesi yavaşlar. Erime ısısının 10 kat daha az olacağını düşünün. Daha sonra bahar selleri her yıl akla hayale gelmeyecek felaketlere yol açacaktı.

Yani buzun erime ısısı yüksektir ancak 540 kcal/kg'lık (yedi kat daha az) özgül buharlaşma ısısıyla karşılaştırıldığında da küçüktür. Ancak bu fark tamamen doğaldır. Bir sıvıyı buhara dönüştürürken molekülleri birbirinden koparmamız gerekir, eritirken ise yalnızca moleküllerin dizilişindeki düzeni bozup onları neredeyse aynı mesafelerde bırakmamız gerekir. Açıkçası, ikinci durum daha az çalışma gerektiriyor.

Belirli bir erime noktasının varlığı kristalli maddelerin önemli bir özelliğidir. Bu özelliği sayesinde amorf veya cam olarak adlandırılan diğer katı maddelerden kolayca ayırt edilebilirler. Camlar hem inorganik hem de organik madde. Pencere camı genellikle sodyum ve kalsiyum silikatlardan yapılır; Organik cam genellikle masanın üzerine yerleştirilir (ayrıca pleksiglas da denir).

Amorf maddelerin kristallerden farklı olarak belirli bir erime noktası yoktur. Cam erimez ama yumuşar. Bir cam parçası ısıtıldığında önce sertten yumuşak hale gelir, kolayca bükülebilir veya gerilebilir; daha yüksek sıcaklıkta parça kendi yerçekiminin etkisi altında şekil değiştirmeye başlar. Isındıkça kalın, viskoz cam kütlesi, içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Bu kütle önce bal gibi kalın, sonra ekşi krema gibi ve sonunda neredeyse su ile aynı düşük viskoziteli sıvı haline gelir. İstesek bile burada katının sıvıya geçişi için belirli bir sıcaklık belirtemeyiz. Bunun nedenleri camın yapısı ile kristal cisimlerin yapısı arasındaki temel farklılıkta yatmaktadır. Yukarıda belirtildiği gibi atomlar amorf cisimler rastgele düzenlenmiştir. Camlar yapı olarak sıvılara benzer. Zaten katı camda moleküller rastgele düzenlenmiştir. Bu, camın sıcaklığının arttırılmasının yalnızca moleküllerinin titreşim aralığını arttırdığı ve onlara giderek daha fazla hareket özgürlüğü sağladığı anlamına gelir. Bu nedenle cam yavaş yavaş yumuşar ve algılamaz. ani geçiş“katı” - “sıvı”, moleküllerin katı bir düzende düzenlenmesinden düzensiz bir düzene geçişin özelliği.

Kaynama eğrisinden bahsettiğimizde, sıvı ve buharın kararsız bir durumda olmasına rağmen yabancı bölgelerde yaşayabileceğini - buharın aşırı soğutulup kaynama eğrisinin soluna aktarılabileceğini, sıvının aşırı ısınıp sağa çekilebileceğini söylemiştik. bu eğrinin.

Sıvı içeren bir kristal durumunda da benzer olaylar mümkün müdür? Buradaki benzetmenin eksik olduğu ortaya çıktı.

Bir kristali ısıtırsanız erime noktasında erimeye başlar. Kristalin aşırı ısınması mümkün olmayacaktır. Aksine, bir sıvıyı soğuturken, belirli önlemlerin alınması durumunda erime noktasının nispeten kolay bir şekilde "aşılması" mümkündür. Bazı sıvılarda büyük hipotermi elde etmek mümkündür. Aşırı soğutulması kolay, ancak kristalleşmesi zor olan sıvılar bile vardır. Böyle bir sıvı soğudukça giderek daha viskoz hale gelir ve sonunda kristalleşmeden katılaşır. Cam böyle bir şeydir.

Ayrıca suyu aşırı soğutabilirsiniz. Sis damlacıkları şu durumlarda bile donmayabilir: Şiddetli donlar. Bir maddenin kristalini (bir tohumu) aşırı soğutulmuş bir sıvıya bırakırsanız, kristalleşme hemen başlayacaktır.

Son olarak, birçok durumda gecikmeli kristalleşme, çalkalama veya diğer rastgele olaylarla başlayabilir. Örneğin kristalize gliserolün ilk kez taşıma sırasında elde edildiği bilinmektedir. demiryolu. Uzun süre bekledikten sonra cam kristalleşmeye başlayabilir (teknolojide dedikleri gibi "çökebilir" veya "çökebilir").

Bir kristal nasıl yetiştirilir

Hemen hemen her madde belirli koşullar altında kristal verebilir. Kristaller, belirli bir maddenin bir çözeltisinden veya eriyiğinden ve ayrıca buharından elde edilebilir (örneğin, siyah elmas şeklindeki iyot kristalleri, buhardan kolayca düşebilir) normal basınç sıvı duruma ara geçiş olmadan).

Sofra tuzunu veya şekeri suda eritmeye başlayın. Oda sıcaklığında (20°C), yönlü bir camda yalnızca 70 g tuzu çözebilirsiniz. Daha fazla tuz ilavesi çözülmeyecek ve çökelti şeklinde dibe çökecektir. Daha fazla çözünmenin artık meydana gelmediği bir çözeltiye doymuş denir. .Sıcaklığı değiştirirseniz maddenin çözünürlük derecesi de değişir. Herkes sıcak suyun çoğu maddeyi soğuk suya göre çok daha kolay çözdüğünü bilir.

Şimdi, örneğin 30°C sıcaklıkta doymuş bir şeker çözeltisi hazırladığınızı ve onu 20°C'ye soğutmaya başladığınızı hayal edin. 30°C'de 223 g şekeri 100 g suda çözebildiniz, 20°C'de 205 g çözündü. Daha sonra 30°C'den 20°C'ye soğutulduğunda 18 g "ekstra" olarak ortaya çıkacak ve, dedikleri gibi çözümden düşecek. Dolayısıyla kristal elde etmenin olası bir yolu doymuş bir çözeltiyi soğutmaktır.

Bunu farklı şekilde yapabilirsiniz. Doymuş bir tuz çözeltisi hazırlayın ve açık bir bardakta bırakın. Bir süre sonra kristallerin görünümünü fark edeceksiniz. Neden oluştular? Dikkatli gözlem, kristallerin oluşumuyla eş zamanlı olarak başka bir değişikliğin meydana geldiğini, su miktarının azaldığını gösterecektir. Su buharlaştı ve çözeltide "ekstra" bir madde kaldı. Yani diğeri olası yol Kristallerin oluşumu çözeltinin buharlaşmasıdır.

Çözeltiden kristal oluşumu nasıl gerçekleşir?

Kristallerin çözeltiden "düştüğünü" söylemiştik; Bu, kristalin bir hafta boyunca orada olmadığı ve bir anda aniden ortaya çıktığı şeklinde mi anlaşılmalı? Hayır, durum böyle değil: kristaller büyüyor. Büyümenin ilk anlarını gözle tespit etmek elbette imkansızdır. İlk başta, çözünen maddenin rastgele hareket eden birkaç molekülü veya atomu, kabaca bir kristal kafes oluşturmak için gereken sırayla bir araya gelir. Böyle bir atom veya molekül grubuna çekirdek denir.

Deneyimler, çekirdeklerin çoğunlukla çözeltide yabancı küçük toz parçacıklarının varlığında oluştuğunu göstermektedir. Küçük bir tohum kristali doymuş bir çözeltiye yerleştirildiğinde kristalleşme en hızlı ve kolay şekilde başlar. Bu durumda katı maddenin çözeltiden salınması yeni kristallerin oluşmasından değil, tohumun büyümesinden oluşacaktır.

Embriyonun büyümesi elbette tohumun büyümesinden farklı değildir. Tohum kullanmanın amacı, salınan maddeyi kendi üzerine “çekmesi” ve böylece eş zamanlı oluşumun engellenmesidir. büyük sayı embriyolar. Çok sayıda çekirdek oluşursa, büyüme sırasında birbirlerine müdahale edecekler ve büyük kristaller elde etmemize izin vermeyeceklerdir.

Çözeltiden salınan atom veya moleküllerin kısımları embriyonun yüzeyinde nasıl dağılıyor?

Deneyimler, bir embriyonun veya tohumun büyümesinin, yüzlerin kendilerine paralel ve yüze dik bir yönde hareket ettirilmesinden oluştuğunu göstermektedir. Bu durumda yüzler arasındaki açılar sabit kalır (açıların değişmezliğinin bir kristalin kafes yapısından kaynaklanan en önemli özelliği olduğunu zaten biliyoruz).

Şek. Şekil 4.6 aynı maddenin üç kristalinin büyümeleri sırasında oluşan ana hatlarını göstermektedir. Benzer resimler mikroskop altında da görülebilir. Solda gösterilen durumda, büyüme sırasında yüz sayısı korunur. Ortadaki resim yeni bir kenarın ortaya çıkıp (sağ üstte) tekrar kaybolmasının bir örneğini veriyor.

Pirinç. 4.6

Yüzlerin büyüme hızının yani kendilerine paralel hareket hızlarının farklı yüzler için aynı olmadığını unutmamak çok önemlidir. Bu durumda, "aşırı büyüyen" (kaybolan) tam olarak en hızlı hareket eden kenarlardır, örneğin ortadaki resmin sol alt kenarı. Aksine, yavaş büyüyen kenarlar en geniş ve dedikleri gibi en gelişmiş kenarlar olarak ortaya çıkıyor.

Bu özellikle son şekilde açıkça görülmektedir. Şekilsiz bir parça, büyüme hızının anizotropisinden dolayı tam olarak diğer kristallerle aynı şekli alır. Bazı yönler, diğerlerinin pahasına en güçlü şekilde gelişir ve kristale, bu maddenin tüm örneklerinin karakteristik şeklini verir.

Bir top tohum olarak alındığında ve çözelti dönüşümlü olarak hafifçe soğutulup ısıtıldığında çok güzel geçiş formları gözlenir. Isıtıldığında çözelti doymamış hale gelir ve tohum kısmen çözülür. Soğutma, çözeltinin doygunluğuna ve tohumun büyümesine yol açar. Ancak moleküller, sanki belirli yerleri tercih ediyormuş gibi farklı şekilde yerleşirler. Madde böylece topun bir yerinden diğerine aktarılır.

İlk olarak topun yüzeyinde küçük daire şeklinde kenarlar belirir. Dairelerin boyutu yavaş yavaş artar ve birbirine dokunarak düz kenarlar boyunca birleşir. Top bir çokyüzlüye dönüşüyor. Daha sonra bazı yüzler diğerlerini geçer, bazı yüzler aşırı büyümüş olur ve kristal karakteristik şeklini alır (Şekil 4.7).

Pirinç. 4.7

Kristallerin büyümesini gözlemlerken, büyümenin ana özelliği yüzlerin paralel hareketidir. Serbest bırakılan maddenin kenarları katmanlar halinde oluşturduğu ortaya çıktı: bir katman tamamlanana kadar bir sonraki oluşturulmaya başlamıyor.

Şek. Şekil 4.8 atomların “tamamlanmamış” paketlenmesini göstermektedir. Yeni atom kristale bağlandığında harfli konumlardan hangisinde en sıkı şekilde tutulacaktır? Kuşkusuz, A'da, çünkü burada üç taraftan komşuların çekiciliğini yaşıyor, B'de - iki taraftan ve C'de - yalnızca bir taraftan. Bu nedenle önce sütun tamamlanır, ardından tüm düzlem ve ancak o zaman yeni düzlemin döşenmesi başlar.

Pirinç. 4.8

Bazı durumlarda, kristaller erimiş bir kütleden - bir eriyikten oluşur. Doğada bu çok büyük ölçekte gerçekleşir: bazaltlar, granitler ve diğer birçok kaya ateşli magmadan ortaya çıkmıştır.

Kaya tuzu gibi kristalimsi bir maddeyi ısıtmaya başlayalım. 804°C'ye kadar kaya tuzu kristalleri çok az değişir: sadece biraz genişler ve madde katı kalır. İçinde madde bulunan bir kaba yerleştirilen sıcaklık ölçer, ısıtıldığında sıcaklıkta sürekli bir artış olduğunu gösterir. 804°C'de hemen iki yeni, birbiriyle bağlantılı olguyu keşfedeceğiz: madde erimeye başlayacak ve sıcaklıktaki artış duracak. Maddenin tamamı sıvı hale gelinceye kadar; sıcaklık değişmeyecek; sıcaklığın daha da artması sıvının ısınması anlamına gelir. Tüm kristalli maddelerin belirli bir erime noktası vardır. Buz 0°C'de, demir 1527°C'de, cıva -39°C'de vb. erir.

Zaten bildiğimiz gibi, her kristalde maddenin atomları veya molekülleri düzenli bir G paketi oluşturur ve ortalama konumları etrafında küçük titreşimler gerçekleştirir. Vücut ısındıkça salınım yapan parçacıkların hızı, salınımların genliğiyle birlikte artar. Artan sıcaklıkla birlikte parçacık hareketinin hızındaki bu artış, katı, sıvı veya gaz gibi herhangi bir durumdaki madde için geçerli olan doğanın temel yasalarından birini oluşturur.

Belli bir seviyeye gelindiğinde yeterli yüksek sıcaklık kristal, parçacıklarının titreşimleri o kadar enerjik hale gelir ki parçacıkların düzgün bir şekilde düzenlenmesi imkansız hale gelir - kristal erir. Erimenin başlamasıyla birlikte sağlanan ısı artık parçacıkların hızını arttırmak için değil, kristal kafesi yok etmek için kullanılır. Bu nedenle sıcaklıktaki artış durur. Daha sonraki ısıtma, sıvı parçacıkların hızındaki bir artıştır.

Bizi ilgilendiren bir eriyikten kristalleşme durumunda, yukarıda açıklanan olaylar ters sırada gözlenir: sıvı soğudukça parçacıkları kaotik hareketlerini yavaşlatır; Belirli, yeterince düşük bir sıcaklığa ulaşıldığında, parçacıkların hızı zaten o kadar düşüktür ki, çekici kuvvetlerin etkisi altında bazıları birbirine bağlanarak kristal çekirdekler oluşturmaya başlar. Maddenin tamamı kristalleşene kadar sıcaklık sabit kalır. Bu sıcaklık genellikle erime noktasıyla aynıdır.

Özel önlemler alınmazsa eriyikten aynı anda birçok yerde kristalleşme başlayacaktır. Kristaller, yukarıda anlattığımız gibi, düzenli, karakteristik çokyüzlüler şeklinde büyüyecek. Ancak serbest büyüme uzun sürmez: Kristaller büyüdükçe birbirleriyle çarpışır, temas noktalarında büyüme durur ve katılaşmış gövde granüler bir yapı kazanır. Her bir tanecik, doğru şeklini alamamış ayrı bir kristaldir.

Pek çok koşula ve öncelikle soğuma hızına bağlı olarak, bir katının taneleri az ya da çok büyük olabilir: soğuma ne kadar yavaşsa taneler de o kadar büyük olur. Kristalin cisimlerin tane boyutları santimetrenin milyonda biri ile birkaç milimetre arasında değişir. Çoğu durumda, granüler kristal yapı mikroskop altında gözlemlenebilir. Katılar genellikle böyle ince kristalli bir yapıya sahiptir.

Metallerin katılaşma süreci teknoloji açısından büyük ilgi görmektedir. Fizikçiler döküm sırasında ve metalin kalıplarda katılaşması sırasında meydana gelen olayları son derece detaylı bir şekilde incelediler.

Çoğunlukla katılaştığında dendrit adı verilen ağaç benzeri tek kristaller büyür. Diğer durumlarda, dendritler rastgele, diğer durumlarda ise birbirine paralel olarak yönlendirilir.

Şek. Şekil 4.9 bir dendritin büyüme aşamalarını göstermektedir. Bu davranışla, bir dendrit başka bir benzerle karşılaşmadan aşırı büyüyebilir. O zaman dökümde dendritleri bulamayacağız. Olaylar farklı şekilde de gelişebilir: dendritler henüz “genç” iken buluşup büyüyebilirler (birinin dalları diğerinin dalları arasındaki boşluklara doğru).

Pirinç. 4.9

Böylece, taneleri (Şekil 2.22'de gösterilen) çok farklı yapılara sahip olan dökümler ortaya çıkabilir. Ve metallerin özellikleri önemli ölçüde bu yapının doğasına bağlıdır. Soğutma hızını ve ısı giderme sistemini değiştirerek katılaşma sırasında metalin davranışını kontrol edebilirsiniz.

Şimdi büyük bir tek kristalin nasıl büyütüleceğinden bahsedelim. Kristalin tek yerden büyümesini sağlamak için önlem alınması gerektiği açıktır. Ve eğer birkaç kristal büyümeye başlamışsa, o zaman her halükarda büyüme koşullarının bunlardan yalnızca biri için uygun olmasını sağlamak gerekir.

Örneğin kristalleri büyütürken şunları yaparsınız: eriyebilir metaller. Metal, ucu dışarı çekilmiş bir cam test tüpünde eritilir. Dikey silindirik bir fırının içindeki bir ipe asılan bir test tüpü yavaşça aşağı indirilir. Çizilen uç yavaş yavaş fırından çıkar ve soğur. Kristalleşme başlar. İlk başta birkaç kristal oluşur, ancak yana doğru büyüyenler test tüpünün duvarına yaslanır ve büyümeleri yavaşlar. Yalnızca test tüpünün ekseni boyunca, yani eriyiğin derinliklerinde büyüyen kristal uygun koşullarda olacaktır. Test tüpü alçaldıkça, düşük sıcaklık bölgesine giren eriyiğin yeni kısımları bu tek kristali "besleyecektir". Bu nedenle, tüm kristaller arasında hayatta kalan tek kristal odur; test tüpü alçaldıkça kendi ekseni boyunca büyümeye devam eder. Sonunda erimiş metalin tamamı katılaşarak tek bir kristal haline gelir.

Aynı fikir, refrakter yakut kristallerinin yetiştirilmesinin de temelini oluşturuyor. Maddenin ince tozu alevin içinden püskürtülür. Tozlar erir; küçük damlalar çok küçük bir alandaki refrakter desteğin üzerine düşerek birçok kristal oluşturur. Damlalar standın üzerine düşmeye devam ettikçe tüm kristaller büyür, ancak yine yalnızca düşen damlaları "almak" için en uygun konumda olan kristal büyür.

Büyük kristaller ne için gereklidir?

Endüstri ve bilim sıklıkla büyük tek kristallere ihtiyaç duyar. Teknoloji için büyük önem taşıyan, mekanik eylemleri (örneğin basınç) elektrik voltajına dönüştürme konusunda olağanüstü özelliğe sahip olan Rochelle tuzu ve kuvars kristalleridir.

Optik endüstrisinin büyük kalsit, kaya tuzu, florit vb. kristallerine ihtiyacı vardır.

Saat endüstrisinin yakut, safir ve diğer kristallere ihtiyacı var değerli taşlar. Gerçek şu ki, sıradan bir saatin hareketli parçaları saatte 20.000'e kadar titreşim üretiyor. Bu kadar büyük bir yük, aks uçlarının ve yataklarının kalitesine alışılmadık derecede yüksek talepler getirmektedir. Aks ucunun 0,07-0,15 mm çapındaki yatağı yakut veya safir olduğunda aşınma en az olacaktır. Bu maddelerin yapay kristalleri çok dayanıklıdır ve çelik tarafından çok az aşındırılır. Yapay taşların aynı doğal taşlardan daha iyi çıkması dikkat çekicidir.

Bununla birlikte, endüstri için en büyük önem, yarı iletken tek kristallerin (silikon ve germanyum) yetiştirilmesidir.

Basıncın erime noktasına etkisi

Basıncı değiştirirseniz erime noktası da değişecektir. Kaynama konusunu konuştuğumuzda da aynı tabloyla karşılaştık. Basınç ne kadar yüksek olursa; kaynama noktası ne kadar yüksek olursa. Bu genellikle erime için de geçerlidir. Ancak anormal davranan az sayıda madde vardır: basınç arttıkça erime noktaları düşer.

Gerçek şu ki, katıların büyük çoğunluğu sıvı benzerlerinden daha yoğundur. Bu kuralın istisnası, basınçtaki bir değişiklikle erime noktası alışılmadık bir şekilde değişen, örneğin su olan maddelerdir. Buz sudan daha hafiftir ve basınç arttıkça buzun erime noktası düşer.

Sıkıştırma, daha yoğun bir durumun oluşumunu teşvik eder. Bir katı bir sıvıdan daha yoğunsa, sıkıştırma katılaşmaya yardımcı olur ve erimeyi önler. Ancak sıkıştırma nedeniyle erime zorlaşıyorsa, bu, maddenin katı kaldığı anlamına gelir, oysa daha önce bu sıcaklıkta zaten erimiş olurdu, yani artan basınçla erime sıcaklığı artar. Anormal durumda sıvı, katıdan daha yoğundur ve basınç, sıvının oluşmasına yardımcı olur, yani erime noktasını düşürür.

Basıncın erime noktası üzerindeki etkisi, kaynama üzerindeki benzer etkiden çok daha azdır. Basınçta 100 kgf/cm2'den fazla bir artış buzun erime noktasını 1°C düşürür.

Neden patenler sadece buz üzerinde kayıyor da aynı derecede pürüzsüz parke üzerinde kaymıyor? Görünüşe göre tek açıklama, pateni yağlayan suyun oluşmasıdır. Ortaya çıkan çelişkiyi anlamak için şunu hatırlamanız gerekir: Aptal patenler buz üzerinde çok zayıf süzülüyor. Patenlerin buzu kesebilmesi için keskinleştirilmesi gerekir. Bu durumda sadece paten kenarının ucu buza baskı yapar. Buz üzerindeki basınç onbinlerce atmosfere ulaşıyor ama buz hala eriyor.

Katıların buharlaşması

"Bir madde buharlaşır" derken genellikle bir sıvının buharlaştığını kastederler. Ancak katılar da buharlaşabilir. Bazen katıların buharlaşmasına süblimasyon denir.

Buharlaşan bir katı örneğin naftalindir. Naftalin 80°C'de erir ve oda sıcaklığında buharlaşır. Naftalinin güveleri yok etmek için kullanılmasına izin veren bu özelliğidir.

Naftalin buharıyla doyurulan kürk manto, güvelerin tahammül edemeyeceği bir atmosfer yaratıyor. Her kokulu katı önemli derecede süblimleşir. Sonuçta koku, bir maddeden kopup burnumuza ulaşan moleküller tarafından yaratılıyor. Bununla birlikte, daha sık görülen durumlar, bir maddenin küçük bir dereceye kadar, bazen de çok dikkatli bir araştırmayla bile tespit edilemeyecek bir dereceye kadar süblimleştiği durumlardır. Prensip olarak, herhangi bir katı madde (yani herhangi bir demir veya bakır bile) buharlaşır. Süblimleşmeyi tespit etmezsek, bu yalnızca doymuş buharın yoğunluğunun çok önemsiz olduğu anlamına gelir.

Oda sıcaklığında keskin bir kokuya sahip olan bazı maddelerin, düşük sıcaklıklarda kokularını kaybettiğini doğrulayabilirsiniz.

Bir katıyla dengede olan doymuş buharın yoğunluğu artan sıcaklıkla hızla artar. Bu davranışı Şekil 2'de gösterilen buz eğrisiyle gösteriyoruz. 4.10. Buzun kokmadığı doğrudur...

Pirinç. 4.10

Çoğu durumda, katı bir cismin doymuş buhar yoğunluğunu basit bir nedenden dolayı önemli ölçüde artırmak imkansızdır - madde daha erken eriyecektir.

Buz da buharlaşır. Bu, soğuk havalarda ıslak çamaşırları kurutmak için asan ev kadınları tarafından iyi bilinir." Önce su donar, sonra buz buharlaşır ve çamaşırlar kuru olur.

Üçlü nokta

Yani buhar, sıvı ve kristalin çiftler halinde dengede bulunabileceği koşullar vardır. Her üç durum da dengede olabilir mi? Basınç-sıcaklık diyagramında böyle bir nokta vardır; buna üçlü denir. Nerede?

Yüzen buzlu suyu sıfır derecede kapalı bir kaba koyarsanız, o zaman boş alan su (ve “buz”) buharı akmaya başlayacaktır. 4,6 mm Hg buhar basıncında. Sanat. buharlaşma duracak ve doygunluk başlayacaktır. Artık üç faz (buz, su ve buhar) denge halinde olacak. Bu üçlü noktadır.

Farklı durumlar arasındaki ilişkiler, Şekil 2'de gösterilen su diyagramında açık ve net bir şekilde gösterilmiştir. 4.11.

Pirinç. 4.11

Böyle bir diyagram herhangi bir cisim için oluşturulabilir.

Şekildeki eğriler bize tanıdık geliyor; bunlar buz ve buhar, buz ve su, su ve buhar arasındaki denge eğrileridir. Basınç her zamanki gibi dikey olarak çizilir, sıcaklık ise yatay olarak çizilir.

Üç eğri üçlü noktada kesişiyor ve diyagramı buz, su ve su buharından oluşan yaşam alanları olmak üzere üç bölgeye ayırıyor.

Durum diyagramı yoğunlaştırılmış bir referanstır. Amacı, şu ve bu basınçta ve şu sıcaklıkta vücudun hangi durumunun stabil olduğu sorusuna cevap vermektir.

Su veya buhar “sol bölge” şartlarına konulursa buz haline gelecektir. “Alt bölgeye” bir sıvı veya katı madde eklerseniz buhar elde edersiniz. "Doğru bölgede" buhar yoğunlaşacak ve buz eriyecektir.

Faz varlığı diyagramı, bir maddeye ısıtıldığında veya sıkıştırıldığında ne olacağına anında cevap vermenizi sağlar. Sabit basınçta ısıtma, diyagramda yatay bir çizgi ile temsil edilir. Vücudun durumunu temsil eden bir nokta bu çizgi boyunca soldan sağa doğru hareket eder.

Şekilde bu tür iki çizgi gösterilmektedir, bunlardan biri normal basınçta ısınmaktadır. Çizgi üçlü noktanın üzerinde yer alır. Bu nedenle, önce erime eğrisiyle, ardından çizimin dışında buharlaşma eğrisiyle kesişecektir. Normal basınçtaki buz 0°C sıcaklıkta eriyecek ve ortaya çıkan su 100°C sıcaklıkta kaynayacaktır.

Çok düşük basınçta, örneğin 5 mmHg'nin hemen altında ısıtılan buz için durum farklı olacaktır. Sanat. Isıtma işlemi üçlü noktanın altına inen bir çizgi ile gösterilir. Erime ve kaynama eğrileri bu çizgiyle kesişmez. Bu kadar düşük bir basınçta ısıtma, buzun doğrudan buhara geçişine yol açacaktır.

Şek. 4.12 aynı diyagram neyi gösterir? ilginç olay Su buharı şekilde çarpı işareti ile işaretlenmiş durumda sıkıştırıldığında meydana gelecektir. Buhar önce buza dönüşecek, sonra eriyecektir. Çizim, kristalin hangi basınçta büyümeye başlayacağını ve erimenin ne zaman gerçekleşeceğini hemen söylemenizi sağlar.

Pirinç. 4.12

Bütün maddelerin faz diyagramları birbirine benzer. Günlük bakış açısından büyük farklılıklar, üçlü noktanın diyagramdaki konumunun şu şekilde olabilmesi nedeniyle ortaya çıkar: farklı maddeler en çeşitli.

Sonuçta, "normal koşullara" yakın bir yerde, yani esas olarak bir atmosfere yakın bir basınçta yaşıyoruz. Bir maddenin üçlü noktasının normal basınç çizgisine göre nasıl konumlandığı bizim için çok önemlidir.

Üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan azsa, o zaman "normal" koşullarda yaşayan bizler için madde erime olarak sınıflandırılır. Sıcaklık arttıkça önce sıvıya dönüşür, sonra kaynar.

Tersi durumda - üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan daha yüksek olduğunda - ısıtıldığında sıvıyı görmeyeceğiz, katı doğrudan buhara dönüşecektir. Dondurma satıcıları için oldukça uygun olan “kuru buz” bu şekilde davranır. Dondurma briketleri "kuru buz" parçalarıyla aktarılabilir ve dondurmanın ıslanmasından korkmazsınız. "Kuru buz" katı karbondioksit C0 2'dir. Bu maddenin üçlü noktası 73 atm'dedir. Bu nedenle, katı CO2 ısıtıldığında, durumunu temsil eden nokta yatay olarak hareket eder ve yalnızca katının buharlaşma eğrisiyle kesişir (yaklaşık 5 mm Hg basınçta sıradan buz için olduğu gibi).

Okuyucuya Kelvin ölçeğinde bir derece sıcaklığın nasıl belirlendiğini veya SI sisteminin artık söylememizi gerektirdiği gibi bir kelvin'in nasıl belirlendiğini anlatmıştık. Ancak sıcaklığın belirlenmesi prensibinden bahsediyorduk. Tüm metroloji enstitülerinin ideal gaz termometreleri yoktur. Bu nedenle sıcaklık ölçeği, maddenin farklı halleri arasında doğanın sabitlediği denge noktaları kullanılarak oluşturulur.

Suyun üçlü noktası bunda özel bir rol oynar. Kelvin derecesi artık suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının 273,16'sı olarak tanımlanıyor. Oksijenin üçlü noktası 54,361 K olarak alınmıştır. Altının katılaşma sıcaklığı 1337,58 K olarak ayarlanmıştır. Bu referans noktaları kullanılarak herhangi bir termometre doğru bir şekilde kalibre edilebilir.

Aynı atomlar ama... farklı kristaller

Yazdığımız mat siyah yumuşak grafit ve parlak şeffaf sert cam kesme elması aynı karbon atomlarından yapılmıştır. Bu iki özdeş maddenin özellikleri neden bu kadar farklı?

Her atomun en yakın üç komşusu olan katmanlı grafit kafesini ve atomunun en yakın dört komşusu olan elmas kafesini düşünün. Bu örnek, kristallerin özelliklerinin atomların göreceli dizilimi tarafından belirlendiğini açıkça göstermektedir. Ateşe dayanıklı potalar, iki ila üç bin dereceye kadar sıcaklıklara ve 700°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda elmas yanmasına dayanabilen grafitten yapılır; elmasın yoğunluğu 3,5 ve grafit - 2,3'tür; Grafit elektriği iletir, elmas yapmaz vb.

Farklı kristaller üretme özelliğine sahip olan yalnızca karbon değildir. Neredeyse herkes kimyasal element ve sadece bir element değil, aynı zamanda herhangi bir kimyasal madde de çeşitli çeşitlerde mevcut olabilir. Altı çeşit buz, dokuz çeşit kükürt ve dört çeşit demir vardır.

Durum diyagramını tartışırken, hakkında konuşmadık. farklı türler kristaller ve katının tek bir bölgesini çizdi. Ve birçok madde için bu bölge, her biri belirli bir katı "tipine" veya dedikleri gibi belirli bir katı faza (belirli bir kristalin modifikasyon) karşılık gelen bölümlere ayrılmıştır.

Her kristalin fazın, belirli bir basınç ve sıcaklık aralığıyla sınırlanan kendi kararlı durum bölgesi vardır. Bir kristalin çeşidin diğerine dönüşüm yasaları, erime ve buharlaşma yasalarıyla aynıdır.

Her basınç için, her iki kristal türünün barış içinde bir arada bulunacağı sıcaklığı belirleyebilirsiniz. Sıcaklığı arttırırsanız, bir tür kristal ikinci türden bir kristale dönüşecektir. Sıcaklığı düşürürseniz ters dönüşüm meydana gelecektir.

Kırmızı kükürtün normal basınçta sarıya dönmesi için 110°C'nin altındaki bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Bu sıcaklığın üzerinde, erime noktasına kadar, kırmızı kükürt karakteristiğine sahip atomların düzenlenme sırası sabittir. Sıcaklık düşer, atomların titreşimleri azalır ve 110°C'den başlayarak doğa daha uygun bir atom dizilimi bulur. Bir kristalin diğerine dönüşümü var.

Altı farklı buzlar kimse isim bulamadı. Öyle derler: buz bir, buz iki, ...., buz yedi. Yalnızca altı çeşit varsa yediye ne dersiniz? Gerçek şu ki, tekrarlanan deneyler sırasında buz dört tespit edilemedi.

Suyu sıfıra yakın bir sıcaklıkta sıkıştırırsanız, yaklaşık 2000 atm basınçta buz beşi oluşur ve yaklaşık 6000 atm basınçta buz altı oluşur.

Buz iki ve buz üç, sıfır derecenin altındaki sıcaklıklarda stabildir.

Yedinci buz sıcak buzdur; sıkıştırma sırasında meydana gelir sıcak su yaklaşık 20.000 atm basınca kadar.

Sıradan buz dışındaki tüm buzlar sudan daha ağırdır. Normal koşullar altında üretilen buz anormal davranır; aksine normalin dışındaki koşullar altında elde edilen buz normal davranır.

Her kristalin modifikasyonun belirli bir varoluş bölgesi ile karakterize edildiğini söylüyoruz. Peki öyleyse, grafit ve elmas aynı koşullar altında nasıl var oluyor?

Bu tür "kanunsuzluk" kristallerin dünyasında çok sık görülür. "Yabancı" koşullarda yaşayabilme yeteneği kristaller için neredeyse bir kuraldır. Buharı veya sıvıyı yabancı varoluş alanlarına aktarmak için çeşitli hilelere başvurmak gerekiyorsa, o zaman tam tersine, bir kristal neredeyse hiçbir zaman doğanın kendisine tahsis ettiği sınırlar içinde kalmaya zorlanamaz.

Kristallerin aşırı ısınması ve aşırı soğuması, aşırı kalabalık koşullar altında bir düzeni diğerine dönüştürmenin zorluğuyla açıklanmaktadır. Sarı kükürt 95,5°C'de kırmızıya dönmelidir. Az ya da çok hızlı ısıtmayla bu dönüşüm noktasını "aşacağız" ve sıcaklığı 113°C'lik kükürt erime noktasına getireceğiz.

Gerçek dönüşüm sıcaklığı, kristaller temas ettiğinde tespit edilmesi en kolay olanıdır. Üst üste yakın bir şekilde yerleştirilirlerse ve sıcaklık 96°C'de tutulursa sarı, kırmızı tarafından yenilecek ve 95°C'de sarı, kırmızıyı emecektir. "Kristal-sıvı" geçişinin aksine, "kristal-kristal" dönüşümleri genellikle hem aşırı soğutma hem de aşırı ısınma sırasında gecikir.

Bazı durumlarda maddenin tamamen farklı sıcaklıklarda yaşaması gereken halleriyle uğraşıyoruz.

Sıcaklık +13°C'ye düştüğünde beyaz kalay griye dönmelidir. Genellikle beyaz teneke ile uğraşıyoruz ve kışın onunla hiçbir şey yapılmadığını biliyoruz. 20-30 derecelik hipotermiye mükemmel şekilde dayanır. Ancak sert kış koşullarında beyaz teneke griye dönüşür. Bu gerçeğin bilinmemesi, Scott'ın keşif gezisini mahveden koşullardan biriydi. Güney Kutbu(1912). Keşif gezisinin aldığı sıvı yakıt, kalayla lehimlenmiş kaplardaydı. Aşırı soğukta beyaz kalay gri toza dönüştü - kaplar lehimlenmemişti; ve yakıt döküldü. Görünüşe şaşmamalı gri noktalar beyaz teneke üzerine kalay vebası denir.

Kükürtte olduğu gibi beyaz kalay da 13°C'nin hemen altındaki sıcaklıklarda griye dönüştürülebilir; tabii gri renkli küçük bir parçacık teneke bir nesnenin üzerine düşmediği sürece.

Aynı maddenin birden fazla çeşidinin bulunması ve bunların karşılıklı dönüşümlerindeki gecikmeler teknoloji açısından büyük önem taşımaktadır.

Oda sıcaklığında demir atomları, atomların küpün köşelerinde ve merkezinde yer aldığı, cisim merkezli bir kübik kafes oluşturur. Her atomun 8 komşusu vardır. Yüksek sıcaklıklarda demir atomları daha yoğun bir "paketleme" oluşturur; her atomun 12 komşusu vardır. 8 komşulu demir yumuşaktır, 12 komşulu demir ise serttir. Oda sıcaklığında ikinci tip demir elde etmenin mümkün olduğu ortaya çıktı. Bu yöntem - sertleştirme - metalurjide yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sertleştirme çok basit bir şekilde yapılır - metal bir nesne kırmızı-sıcakta ısıtılır ve ardından suya veya yağa atılır. Soğutma o kadar hızlı gerçekleşir ki, yüksek sıcaklıklarda stabil olan bir yapının dönüşümü için zaman kalmaz. Böylece, yüksek sıcaklıktaki yapı, kendisi için alışılmadık koşullarda uzun süre süresiz olarak var olacaktır: kararlı bir yapıya yeniden kristalleşme o kadar yavaş gerçekleşir ki pratikte farkedilemez.

Demirin sertleştirilmesinden bahsederken tamamen doğru değildik. Çelik sertleştirilir, yani yüzde bir karbon fraksiyonu içeren demir. Çok küçük karbon yabancı maddelerinin varlığı, sert demirin yumuşak demire dönüşümünü geciktirir ve sertleşmeye olanak tanır. Tamamen saf demire gelince, onu sertleştirmek mümkün değildir - en hızlı soğutmada bile yapının dönüşümü gerçekleşmeyi başarır.

Durum diyagramının türüne, değişen basınca veya sıcaklığa bağlı olarak bir veya başka bir dönüşüm elde edilir.

Yalnızca basınçtaki değişikliklerle birçok kristalden kristale dönüşüm gözlemlenir. Bu şekilde siyah fosfor elde edildi.

Pirinç. 4.13

Grafiti elmasa dönüştürmek ancak hem yüksek sıcaklık hem de yüksek basıncın aynı anda kullanılmasıyla mümkün olabiliyordu. Şek. Şekil 4.13 karbonun faz diyagramını göstermektedir. On bin atmosferin altındaki basınçlarda ve 4000 K'nin altındaki sıcaklıklarda grafit kararlı bir modifikasyondur. Böylece elmas "yabancı" koşullarda yaşar, dolayısıyla çok fazla zorluk yaşamadan grafite dönüştürülebilir. Ancak ters problem pratik açıdan ilgi çekicidir. Grafiti yalnızca basıncı artırarak elmasa dönüştürmek mümkün değildir. Katı haldeki faz dönüşümü görünüşte çok yavaştır. Faz diyagramının görünümü doğru çözümü gösteriyor: basıncı ve ısıyı aynı anda artırın. Sonra (diyagramın sağ köşesi) erimiş karbon elde ederiz. Soğutma yüksek tansiyon, elmas bölgesine girmeliyiz.

Böyle bir sürecin pratikte mümkün olduğu 1955'te kanıtlandı ve sorunun artık teknik olarak çözüldüğü düşünülüyor.

İnanılmaz sıvı

Bir cismin ısısını düşürürseniz er ya da geç sertleşecek ve kristal bir yapıya kavuşacaktır. Soğutmanın hangi basınçta gerçekleştiği önemli değildir. Bu durum, zaten aşina olduğumuz fizik yasaları açısından son derece doğal ve anlaşılır görünmektedir. Aslında sıcaklığı düşürerek termal hareketin yoğunluğunu azaltıyoruz. Moleküllerin hareketi, aralarındaki etkileşim kuvvetlerini artık engellemeyecek kadar zayıfladığında, moleküller düzgün bir sırayla sıralanacak ve bir kristal oluşturacaklar. Daha fazla soğutma, hareketlerinin tüm enerjisini moleküllerden alacak ve ne zaman mutlak sıfır Maddenin düzenli bir kafes halinde düzenlenmiş dinlenme molekülleri biçiminde mevcut olması gerekir.

Deneyimler tüm maddelerin bu şekilde davrandığını göstermektedir. Tek bir şey dışında hepsi: helyum tam bir “canavardır”.

Okuyucuya helyum hakkında bazı bilgiler vermiştik. Helyum kritik sıcaklık rekorunu elinde tutuyor. Hiçbir maddenin 4,3 K'den düşük kritik sıcaklığı yoktur. Ancak bu rekor tek başına şaşırtıcı bir şey ifade etmez. Başka bir şey dikkat çekicidir: Helyumun kritik sıcaklığın altına soğutulması, neredeyse mutlak sıfıra ulaşması durumunda katı helyum elde edemeyiz. Helyum mutlak sıfırda bile sıvı kalır.

Helyumun davranışı, özetlediğimiz hareket yasaları açısından tamamen açıklanamaz ve evrensel görünen bu tür doğa yasalarının sınırlı geçerliliğinin işaretlerinden biridir.

Eğer bir cisim sıvı ise atomları hareket halindedir. Ancak bedeni mutlak sıfıra kadar soğutarak ondan tüm hareket enerjisini aldık. Helyumun ortadan kaldırılamayacak kadar büyük bir hareket enerjisi olduğunu kabul etmemiz gerekir. Bu sonuç şu ana kadar incelediğimiz mekanizmayla bağdaşmıyor. İncelediğimiz bu mekaniğe göre, bir cismin hareketi her zaman tamamen durana kadar yavaşlatılabilir, bu da onun tüm kinetik enerjisini alıp götürebilir; Aynı şekilde moleküllerin soğutulmuş bir kabın duvarlarına çarpıştıklarında enerjilerini alarak hareketlerini durdurabilirsiniz. Helyum için bu tür mekanikler açıkça uygun değildir.

Helyumun "garip" davranışı, çok önemli bir gerçeğin göstergesidir. İlk kez, görünür cisimlerin hareketinin doğrudan incelenmesiyle oluşturulan mekaniğin temel yasalarını - fiziğin sarsılmaz temeli gibi görünen yasaları - atomlar dünyasında uygulamanın imkansızlığıyla karşılaştık.

Mutlak sıfırda helyumun kristalleşmeyi "reddetmesi" gerçeği, şimdiye kadar incelediğimiz mekanikle hiçbir şekilde bağdaştırılamaz. İlk kez karşılaştığımız çelişki - atomlar dünyasının mekanik yasalarına tabi olmaması - fizikteki çok daha keskin ve şiddetli çelişkiler zincirinin yalnızca ilk halkasıdır.

Bu çelişkiler mekaniğin temellerini gözden geçirme ihtiyacını doğuruyor atom dünyası. Bu revizyon çok derindir ve tüm doğa anlayışımızda bir değişikliğe yol açar.

Atom dünyasının mekaniğinin radikal bir revizyonuna duyulan ihtiyaç, incelediğimiz mekanik yasalarına son vermemiz gerektiği anlamına gelmiyor. Okuyucuyu gereksiz şeyleri incelemeye zorlamak haksızlık olur. Eski mekanikler dünyada tamamen adil büyük bedenler. Tek başına bu bile fiziğin ilgili bölümlerine tam bir saygıyla yaklaşmak için yeterlidir. Ancak "eski" mekaniğin bazı yasalarının "yeni" mekaniğe geçmesi de önemlidir. Bu, özellikle enerjinin korunumu yasasını içerir.

Mutlak sıfırda “kaldırılamaz” enerjinin varlığı helyumun özel bir özelliği değildir. Görünüşe göre; Tüm maddelerin “sıfır” enerjisi vardır.

Bu enerji yalnızca helyumda atomların düzenli bir kristal kafes oluşturmasını engellemeye yeterlidir.

Helyumun kristal halde olamayacağını düşünmeyin. Helyumu kristalleştirmek için basıncı yaklaşık 25 atm'ye çıkarmanız yeterlidir. Daha yüksek basınçta gerçekleştirilen soğutma, tamamen normal özelliklere sahip katı kristal helyumun oluşmasıyla sonuçlanacaktır. Helyum yüz merkezli kübik bir kafes oluşturur.

Şek. Şekil 4.14 helyumun faz diyagramını göstermektedir. Üçlü noktanın yokluğunda diğer tüm maddelerin diyagramlarından keskin bir şekilde farklıdır. Erime ve kaynama eğrileri kesişmez.

Pirinç. 4.14

Ve bu eşsiz durum diyagramının bir özelliği daha var: İki farklı helyum sıvısı var. Aralarındaki farkın ne olduğunu biraz sonra öğreneceksiniz.

Kaynama, bir maddenin toplanma durumunu değiştirme sürecidir. Sudan bahsettiğimizde sıvı durumdan buhar durumuna geçişi kastediyoruz. Kaynamanın oda sıcaklığında bile oluşabilecek buharlaşma olmadığını unutmamak önemlidir. Ayrıca suyun belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması işlemi olan kaynatma ile de karıştırılmamalıdır. Artık kavramları anladığımıza göre suyun hangi sıcaklıkta kaynadığını belirleyebiliriz.

İşlem

Agregasyon durumunu sıvıdan gaza dönüştürme süreci karmaşıktır. İnsanlar bunu görmese de 4 aşama vardır:

1. İlk aşamada ısıtılan kabın tabanında küçük kabarcıklar oluşur. Ayrıca suyun kenarlarında veya yüzeyinde de görülebilirler. Suyun ısıtıldığı kabın çatlaklarında her zaman mevcut olan hava kabarcıklarının genişlemesi nedeniyle oluşurlar.
2. İkinci aşamada kabarcıkların hacmi artar. İçlerinde sudan daha hafif olan doymuş buhar olduğu için hepsi yüzeye koşmaya başlar. Isıtma sıcaklığı arttıkça kabarcıkların basıncı artar ve iyi bilinen Arşimet kuvveti sayesinde yüzeye doğru itilir. Bu durumda, kabarcıkların sürekli genişlemesi ve boyutunun küçülmesi nedeniyle oluşan karakteristik kaynama sesini duyabilirsiniz.
3. Üçüncü aşamada yüzeyde görebilirsiniz büyük sayı kabarcıklar. Bu başlangıçta suda bulanıklık yaratır. Bu işleme halk arasında "beyaz kaynama" denir ve kısa bir süre sürer.
4. Dördüncü aşamada su yoğun bir şekilde kaynar, yüzeyde büyük patlayan kabarcıklar belirir ve sıçramalar meydana gelebilir. Çoğu zaman sıçrama, sıvının maksimum sıcaklığına ulaştığı anlamına gelir. Sudan buhar çıkmaya başlayacaktır.

Suyun 100 derece sıcaklıkta kaynadığı bilinmektedir ki bu ancak dördüncü aşamada mümkündür.

Buhar sıcaklığı

Buhar suyun hallerinden biridir. Havaya girdiğinde diğer gazlar gibi ona da belli bir basınç uygular. Buharlaşma sırasında, buharın ve suyun sıcaklığı, sıvının tamamı toplanma durumunu değiştirene kadar sabit kalır. Bu fenomen, kaynama sırasında tüm enerjinin suyu buhara dönüştürmek için harcanması ile açıklanabilir.

Kaynamanın en başında nemli, doymuş buhar oluşur ve tüm sıvı buharlaştıktan sonra kuru hale gelir. Sıcaklığı suyun sıcaklığını aşmaya başlarsa, bu tür buhar aşırı ısınır ve özellikleri gaza daha yakın olacaktır.

Tuzlu suyun kaynatılması

Yüksek tuz içeriğine sahip suyun hangi sıcaklıkta kaynadığını bilmek oldukça ilginçtir. Bileşiminde su molekülleri arasındaki alanı kaplayan Na+ ve Cl- iyonlarının içeriğinden dolayı daha yüksek olması gerektiği bilinmektedir. Bu, tuzlu suyun kimyasal bileşimini sıradan taze sıvıdan farklı kılar.

Gerçek şu ki, tuzlu suda bir hidrasyon reaksiyonu meydana gelir - tuz iyonlarına su molekülleri ekleme işlemi. Moleküller arası iletişim tatlı su hidrasyon sırasında oluşanlardan daha zayıftır, bu nedenle sıvının çözünmüş tuzla kaynatılması daha uzun sürecektir. Sıcaklık arttıkça tuzlu sudaki moleküller daha hızlı hareket eder, ancak sayıları daha azdır ve bu da aralarındaki çarpışmaların daha az meydana gelmesine neden olur. Sonuç olarak daha az buhar üretilir ve bu nedenle basıncı, tatlı suyun buhar basıncından daha düşüktür. Sonuç olarak, tam buharlaşma için daha fazla enerji (sıcaklık) gerekecektir. Ortalama olarak 60 gram tuz içeren bir litre suyu kaynatmak için suyun kaynama derecesinin %10 (yani 10 C) arttırılması gerekir.

Kaynamanın basınca bağımlılığı

Dağlarda suyun kimyasal bileşimi ne olursa olsun kaynama noktasının daha düşük olacağı bilinmektedir. Bunun nedeni atmosfer basıncının yükseklikte daha düşük olmasıdır. Normal basınç 101.325 kPa olarak kabul edilir. Bununla birlikte suyun kaynama noktası 100 santigrat derecedir. Ancak basıncın ortalama 40 kPa olduğu bir dağa tırmanırsanız, oradaki su 75,88 C'de kaynar. Ancak bu, dağlarda yemek pişirmek için neredeyse yarısı kadar zaman harcamanız gerektiği anlamına gelmez. Gıdaların ısıl işlemi belirli bir sıcaklık gerektirir.

Deniz seviyesinden 500 metre yükseklikte suyun 98,3 C'de kaynayacağına, 3000 metre yükseklikte ise kaynama noktasının 90 C'ye ulaşacağına inanılıyor.

Bu yasanın ters yönde de geçerli olduğunu unutmayın. Buharın geçemeyeceği kapalı bir şişeye sıvı koyarsanız, sıcaklık arttıkça ve buhar oluştukça bu şişedeki basınç artacak ve daha yüksek sıcaklıkta artan basınçta kaynama meydana gelecektir. Örneğin 490,3 kPa basınçta suyun kaynama noktası 151 C olacaktır.

Damıtılmış suyun kaynatılması

Damıtılmış su, herhangi bir yabancı madde içermeyen arıtılmış sudur. Genellikle tıbbi veya teknik amaçlarla kullanılır. Bu tür sularda herhangi bir yabancı madde bulunmadığından yemek pişirmede kullanılmaz. Damıtılmış suyun sıradan tatlı sudan daha hızlı kaynadığını ancak kaynama noktasının aynı kaldığını - 100 derece - görmek ilginçtir. Ancak kaynama süresindeki fark minimum düzeyde olacaktır; yalnızca saniyenin çok küçük bir kısmı.

Bir çaydanlıkta

İnsanlar genellikle su ısıtıcısında suyun hangi sıcaklıkta kaynadığını merak ederler, çünkü bunlar sıvıları kaynatmak için kullandıkları cihazlardır. Dairedeki atmosferik basıncın standarda eşit olduğu ve kullanılan suyun tuz ve orada olmaması gereken diğer yabancı maddeleri içermediği göz önüne alındığında kaynama noktası da standart - 100 derece olacaktır. Ancak su tuz içeriyorsa, bildiğimiz gibi kaynama noktası daha yüksek olacaktır.

Çözüm

Artık suyun hangi sıcaklıkta kaynadığını ve atmosferik basıncın ve sıvının bileşiminin bu süreci nasıl etkilediğini biliyorsunuz. Bunda karmaşık bir şey yok ve çocuklar bu tür bilgileri okulda alıyorlar. Önemli olan basınç düştükçe sıvının kaynama noktasının da düştüğünü, arttıkça da arttığını unutmamaktır.

İnternette bir sıvının kaynama noktasının atmosfer basıncına bağımlılığını gösteren birçok farklı tablo bulabilirsiniz. Herkesin kullanımına açıktır ve okul çocukları, öğrenciler ve hatta enstitülerdeki öğretmenler tarafından aktif olarak kullanılmaktadır.

Haşlama –Bu, sabit sıcaklıkta tüm sıvının hacminde meydana gelen buharlaşmadır.

Buharlaşma işlemi yalnızca sıvının yüzeyinden değil aynı zamanda sıvının içinde de gerçekleşebilir. Doymuş buhar basıncı dış basınca eşit veya ondan büyükse, sıvının içindeki buhar kabarcıkları genişler ve yüzeye doğru yüzer. Bu işleme kaynatma denir. Sıvı kaynarken sıcaklığı sabit kalır.

100 0 C sıcaklıkta doymuş su buharının basıncı normal atmosfer basıncına eşittir, bu nedenle normal basınçta su 100 ° C'de kaynar. 80°C sıcaklıkta doymuş buhar basıncı normal atmosfer basıncının yaklaşık yarısı kadardır. Bu nedenle, üzerindeki basınç 0,5 normal atmosfer basıncına düşürülürse su 80 °C'de kaynar (şekil).

Dış basınç azaldığında sıvının kaynama noktası düşer; basınç arttığında kaynama noktası artar.

Sıvı kaynama noktası- Bu, bir sıvının kabarcıklarındaki doymuş buharın basıncının, yüzeyindeki dış basınca eşit olduğu sıcaklıktır.

Kritik sıcaklık.

1861'de D.I. Mendeleev, her sıvı için, sıvı ile buharı arasındaki farkın ortadan kalktığı bir sıcaklığın olması gerektiğini tespit etti. Mendeleev buna isim verdi mutlak kaynama noktası (kritik sıcaklık). Gaz ve buhar arasında temel bir fark yoktur. Genellikle gaz Sıcaklığı kritikin üzerinde olduğunda gaz halindeki bir madde olarak adlandırılır ve feribot- sıcaklık kritik değerin altında olduğunda.

Bir maddenin kritik sıcaklığı, sıvının yoğunluğu ile doymuş buharının yoğunluğunun aynı olduğu sıcaklıktır.

Gaz halindeki herhangi bir madde sıvıya dönüşebilir. Ancak her madde, ancak her maddeye özel, kritik sıcaklık Tc olarak adlandırılan belirli bir değerin altındaki sıcaklıklarda böyle bir dönüşüm yaşayabilir. Kritik sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda, madde hiçbir basınçta sıvıya dönüşmez.

İdeal gaz modeli, doğada sınırlı bir sıcaklık ve basınç aralığında gerçekte var olan gazların özelliklerini tanımlamak için uygulanabilir. Belirli bir gaz için sıcaklık kritik sıcaklığın altına düştüğünde, moleküller arasındaki çekici kuvvetlerin etkisi artık ihmal edilemez ve yeterince yüksek bir basınçta maddenin molekülleri birbirine bağlanır.

Bir madde kritik sıcaklıkta ve kritik basınçta ise bu duruma kritik durum denir.

(Su ısıtıldığında, içinde çözünen hava kabın duvarlarında serbest bırakılır ve kabarcıkların sayısı sürekli artar, hacimleri artar. Kabarcığın hacmi yeterince büyükse, ona etki eden Arşimet kuvveti onu yırtar. alt yüzeyden ayrılır ve onu yukarı kaldırır ve ayrılan kabarcığın yerinde yeni bir kabarcığın embriyosu kalır, çünkü sıvı alttan ısıtıldığında üst katmanları alt katmanlardan daha soğuktur, kabarcık yükselir, içindeki su buharı yoğunlaşır ve hava tekrar suyun içinde çözülür ve kabarcığın hacmi azalır, birçok kabarcık suyun yüzeyine ulaşamadan kaybolur, bir kısmı da yüzeye ulaşır. Bu noktada çok az kabarcık oluşur. İçlerinde hava ve buhar kalır. Bu, konveksiyon nedeniyle tüm sıvının sıcaklığı aynı oluncaya kadar olur. Sıvının sıcaklığı eşitlendiğinde kabarcıkların hacmi yükseldikçe artacaktır. . Bu şu şekilde açıklanmaktadır. Sıvı boyunca aynı sıcaklık oluştuğunda ve kabarcık yükseldiğinde, kabarcığın içindeki doymuş buharın basıncı sabit kalır ve hidrostatik basınç (sıvının üst katmanının basıncı) azalır, böylece kabarcık büyür. Kabarcık büyüdükçe kabarcığın içindeki alanın tamamı doymuş buharla dolar. Böyle bir kabarcık sıvının yüzeyine ulaştığında, içindeki doymuş buhar basıncı şuna eşittir: atmosferik basınç sıvının yüzeyinde.)

GÖREVLER

1. 20°C'de bağıl nem %58'dir. Çiğ hangi maksimum sıcaklıkta düşecek?

2. 283 K'de bağıl nemi %40 olan 1000 ml havayı 290 K'de %40'a kadar nemlendirmek için ne kadar su buharlaştırılmalıdır?

3. 303 K sıcaklıktaki havanın çiğlenme noktası 286 K'dır. Havanın mutlak ve bağıl nemini belirleyin.

4. 28°C'de bağıl hava nemi %50'dir. Sıcaklık 12°C'ye düştüğünde 1 km3 havadan düşen çiğ kütlesini belirleyin.

5. Hacmi 200 m3 olan bir odada 20°C'de bağıl hava nemi %70'tir. Odanın havasındaki su buharı kütlesini belirleyin.

Buharlaşma sadece buharlaşma sonucu değil kaynama sırasında da meydana gelebilir. Kaynamayı enerji açısından ele alalım.

Bir sıvının içinde her zaman bir miktar hava çözünmüş halde bulunur. Bir sıvı ısıtıldığında, içinde çözünen gaz miktarı azalır, bunun sonucunda bir kısmı kabın tabanında ve duvarlarında küçük kabarcıklar şeklinde ve sıvı içinde asılı çözünmemiş katı parçacıklar halinde salınır. Sıvı bu hava kabarcıklarının içine buharlaşır. Zamanla içlerindeki buharlar doymuş hale gelir. Daha fazla ısıtmayla kabarcıkların içindeki doymuş buhar basıncı ve hacimleri artar. Kabarcıkların içindeki buhar basıncı atmosfer basıncına eşitlendiğinde Arşimet'in kaldırma kuvvetinin etkisi altında sıvının yüzeyine yükselir, patlar ve içlerinden buhar çıkar. Hem sıvının yüzeyinden hem de sıvının içinden hava kabarcıkları halinde aynı anda meydana gelen buharlaşmaya kaynama denir. Kabarcıklardaki doymuş buharın basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklığa denir. kaynama noktası.

Ne zamandan beri aynı sıcaklıklarÇeşitli sıvıların doymuş buhar basınçları farklı olduğundan, farklı sıcaklıklarda atmosfer basıncına eşit olurlar. Bu, farklı sıvıların farklı sıcaklıklarda kaynamasına neden olur. Sıvıların bu özelliği petrol ürünlerinin süblimleşmesinde kullanılır. Yağ ısıtıldığında önce en değerli, uçucu kısımlar (benzin) buharlaşır, böylece bunlar “ağır” kalıntılardan (yağlar, akaryakıt) ayrılır.

Doymuş buharların basıncı sıvı üzerindeki dış basınca eşit olduğunda kaynamanın meydana gelmesinden, sıvının kaynama noktasının dış basınca bağlı olduğu sonucu çıkar. Arttırılırsa, doymuş buhar bu basınca ulaşmak için daha yüksek bir sıcaklık gerektirdiğinden sıvı daha yüksek bir sıcaklıkta kaynar. Aksine, düşük basınçta sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar. Bu deneyimle doğrulanabilir. Şişedeki suyu kaynatın ve alkol lambasını çıkarın (Şek. 37, a). Su kaynamayı bırakır. Şişeyi bir tıpa ile kapattıktan sonra, havayı pompalayarak içindeki havayı ve su buharını çıkarmaya başlayacağız, böylece su üzerindeki basıncı azaltacağız ve bunun sonucunda kaynayan açık şişede kaynamaya zorlayacağız. şişeye su üzerindeki basıncı artıracağız (Şek. 37, b) kaynaması durur. 1 atm su 100°C sıcaklıkta kaynar ve 10 atm- 180° C'de. Bu bağımlılık örneğin otoklavlarda, tıpta sterilizasyon için, pişirmede gıda ürünlerinin pişmesini hızlandırmak için kullanılır.

Bir sıvının kaynamaya başlaması için kaynama sıcaklığına kadar ısıtılması gerekir. Bunu yapmak için sıvıya enerji vermeniz gerekir, örneğin ısı miktarı Q = cm(t° ila - t° 0). Kaynama sırasında sıvının sıcaklığı sabit kalır. Bunun nedeni, kaynatma sırasında bildirilen ısı miktarının arttırılması için harcanmamasıdır. kinetik enerji sıvı moleküller, ancak moleküler bağların kırılması, yani buharlaşma çalışması üzerine. Enerjinin korunumu yasasına göre yoğunlaşırken buhar açığa çıkar çevre buharlaşma için harcanan ısı miktarı. Yoğuşma işlemi sırasında sabit kalan kaynama noktasında yoğunlaşma meydana gelir. (Nedenini açıklayın).

Buharlaşma ve yoğuşma için bir ısı dengesi denklemi oluşturalım. Sıvının kaynama noktasında alınan buhar, kalorimetredeki suya A tüpünden (Şekil 38, a) girer, içinde yoğunlaşarak üretimi için harcanan ısı miktarını verir. Su ve kalorimetre, yalnızca buharın yoğunlaşmasından değil aynı zamanda ondan elde edilen sıvıdan da bir miktar ısı alır. Fiziksel büyüklüklere ilişkin veriler tabloda verilmiştir. 3.

Yoğunlaşan buhar, ısı miktarını açığa çıkardı Q p = rm3(Şekil 38, b). Buhardan elde edilen sıvı t°3'ten θ°'ye soğutulduktan sonra bir miktar ısı verdi. Q 3 = c 2 m3 (t 3 ° - θ °).

t° 2'den θ°'ye ısıtılan kalorimetre ve su (Şek. 38, c), alınan ısı miktarını aldı.

Q 1 = c 1 m 1 (θ° - t° 2); Q 2 = c 2 m2 (θ° - t° 2).

Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına dayanarak

Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,