Parowanie i skraplanie

W tym artykule znajdziesz najważniejsze informacje o parowaniu, wrzeniu, cieple parowania, skraplaniu (czyli procesie odwrotym to parowania) i cieple skraplania.

Zmiana stanów skupienie

1. Parowanie

Parowanie to zmiana stanu skupienia substancji z ciekłego na gazowy. Polega na odrywaniu się cząsteczek o największej energii od powierzchni swobodnej cieczy. Aby cząsteczki oderwały się muszą uzyskać odpowiednią energię. 

Szybkość parowania zależy od:

  • rodzaju substancji (wielkości cząsteczek i sile ich przyciągania)
  • wielkości powierzchni parowania
  • ruchu powietrza nad powierzchnia parowania
  • temperatury substancji
  • wilgotności powierza

Uwaga: Parowanie zachodzi w każdej temperaturze, w której substancja pozostaje w stale ciekłym.

Ile energii (ciepła) należy dostarczyć aby doprowadzić do wyparowania substancji? To zależy ile jej jest i jaka to substancja. Zależność tą możemy zapisać za pomocą wzoru Q = m ⋅ cp, gdzie m to masa a cp – współczynnik nazywany ciepłem parowania substancji.

\large Q = m \cdot c_p

2. Wrzenie

Gwałtowne parowanie cieczy odbywające się w całej jej objętości nazywamy wrzeniem. Wrzenie zachodzi przy zachodzi w stałej temperaturze (przy stałym ciśnieniu) dla danej substancji nazywanej temperaturą wrzenia. Przykładowo temperatura wrzenia wody to 100 ºC.

Ciekawostka: Destylacja alkoholu wykorzystuje naszą wiedzę o temperaturze wrzenia substancji. Ponieważ woda wrze w 100 ºC a alkohol w 78 ºC możemy odparować alkohol z zacieru na bazie owoców, cukru, ziemniaków, buraków czy zbóż ogrzewając mieszankę do temperatury ok. 80 ºC.

3. Ciepło parowania

Ciepło parowania to ilość ciepła Q, które trzeba dostarczyć, aby 1 kg substancji będącej w stanie ciekłym całkowicie wyparować.

\large c_p = \frac{Q}{m}

Jednostką ciepła parowania w układzie SI jest dżul na kilogram (J/kg).

Ciepło parowania możemy odczytać z tabel ciepła parowania substancji i ze wzoru powyżej wyliczyć dostarczoną energię lub masę topniejącej substancji.

SubstancjaCiepło parowania [kJ/kg]
rtęć301
wodór454
etanol879
woda2257
aluminium10500

Zadanie:

Jaką ilość ciepła należy dostarczyć 2 kg wody w temperaturze wrzenia aby zamieniła się w parę wodna?

m = 2kg
cp = 2257 kJ/kg (z tablic)
Q = ?

Q = m ⋅ cp
Q = 2 kg ⋅ 2257 kJ/kg = 4514 kJ

Odpowiedź: Należy dostarczyć 4514 kJ energii (dość sporo).

4. Skraplanie

Skraplanie (kondensacja) to zjawisko zmiany stanu skupienia z lotnego na ciekły. Jak dochodzi do skraplania? Gaz podczas ochładzania oddaje energię a jego cząsteczki tracą na prędkości. Ich siły przyciągania zbliżają je do siebie a struktura cząsteczek zaczyna zwierać się, przybierając ostatecznie strukturę cieczy. Skraplanie to proces odwrotny do parowania.

Do skraplania dochodzi przy odpowiedniej temperaturze oraz ciśnieniu – zestawie parametrów zwanych punktem rosy.

Ile ciepła musi oddać substancja aby skroplić się? Podobnie jak przy parowaniu, to zależy ile jej jest i jaka to substancja. Zależność tą możemy zapisać za pomocą wzoru Q = m ⋅ cs, gdzie m to masa a cs – współczynnik nazywany ciepłem skraplania substancji.

\large Q = m \cdot c_s

5. Ciepło skraplania

Ciepło skraplania to ilość ciepła Q, które oddaje 1 kg substancji będącej w stanie lotnym aby się skroplić (zmienić stan na ciekły).

\large c_s = \frac{Q}{m}

Jednostką ciepła skraplania w układzie SI jest dżul na kilogram (J/kg).

Parowanie i skraplanie to procesy odwracalne. Dlatego ciepło skraplania jest równe ciepłu parowania. Ciepło skraplania możemy odczytać z tabel ciepła parowania substancji i ze wzoru powyżej wyliczyć dostarczoną energię lub masę topniejącej substancji.

SubstancjaCiepło parowania [kJ/kg]Ciepło skraplania [kJ/kg]
rtęć301301
wodór454454
etanol879879
woda22572257
aluminium1050010500
Tabela ciepła skraplania substancji

Zadanie:

1 kg pewnej cieczy oddał 879 kJ energii podczas skraplania. Jaka to była ciecz?

m = 1 kg
Q = 879 kJ
cp = ?

cp = Q/m
cp = 879 kJ / 1 kg = 879 kJ/kg – w tablicach możemy sprawdzić, że jest to ciepło skraplania etanolu

Odpowiedź: Ta ciecz to etanol.


PRZYDATNY ARTYKUŁ? Udostępnij link innym:

Facebooktwittermail

Dodaj do Google Classroom

Poprzedni temat:
Topnienie i krzepnięcie

Pozostałe tematy z działu: TERMODYNAMIKA  

Temperatura | Skale temperatur | Energia wewnętrzna | Przepływ energii (ciepło) | Jednostka ciepła: dżul | Pierwsza zasada termodynamiki | Przewodnictwo cieplne | Zjawisko konwekcji | Ciepło właściwe | Zmiany stanów skupienia | Topnienie i krzepnięcie | Parowanie i skraplanie