V horkém letním dni nalijte do sklenice ledový nápoj a brzy se na vnější straně sklenice vytvoří kapičky vody. Jak k této kondenzaci na skle dochází a odkud pochází voda? Na tyto otázky odpovídá porozumění stavům a fázím hmoty.
States of Matter
Zvažte tři stavy hmoty: tuhý, kapalný a plynný.
V pevný, částice jsou zabaleny těsně vedle sebe jako stavební bloky a mají určitý tvar. Částice pevné látky se nebudou moc pohybovat, ale budou mít vibrace ze subatomárních částic, jako jsou elektrony neustále v pohybu.
Kapaliny bude odpovídat tvaru nádoby - podobně jako ledový nápoj nalitý do sklenice, kde kapalina naplní nádobu. V kapalinách jsou částice volně balené a mohou kolem sebe proudit.
Plyny nemají žádný definitivní tvar a rozbalí se tak, aby vyplnily kontejner. Mezi plynnými částicemi je tolik prostoru, že částice zřídka narazí do vzájemného kontaktu.
States of Matter: Phase Changes
Voda se může pohybovat ve třech stavech hmoty v závislosti na teplotě. Lze jej nalézt jako pevnou látku v ledu, kapalnou vodu a jako plyn ve vodní páře.
Zvažte níže uvedený vývojový diagram toho, jak do sebe fáze hmoty vstupují; procesy, kterými se to stane, jsou pojmenovány:
Pevné → dovnitř tání se změní na → kapalné → dovnitř vypařování se změní na → plyn
Opak je:
Plyn → dovnitř kondenzace se změní na → kapalné → dovnitř zmrazení se změní na → pevné
Všimněte si, že kondenzace je, když se plyn promění v kapalinu. U vody to znamená, že se vodní pára změnila na kapalnou vodu.
Definice kondenzační chemie je proces přechodu látky z plynného do kapalného stavu. Tento proces je způsoben změnou hlavně teploty, ale také tlaku.
Proces kondenzace a energie
Zkontrolujte vývojový diagram plynu do kapaliny:
Plyn → v kondenzaci se změní na → kapalný
Vzpomeňte si také na to, jak molekuly působily v plynném i kapalném stavu. V plynu mají částice vysokou kinetickou energii. V kapalině mají méně kinetické energie. Plyn musí ztrácet energii, aby se stal kapalinou.
Molekuly vody v plynném stavu ztrácejí tepelnou energii, zpomalují svůj pohyb a začínají se „lepit“ dohromady za vzniku kapaliny.
Kondenzace: vodní cyklus
Na skle se objevily vodní korálky, což z definice znamená, že vodní pára zkondenzovala na kapalinu na povrchu skla.
Tato vodní pára je vždy přítomna ve vzduchu, a to i za jasných dnů. Voda ve vzduchu vždy kondenzuje a odpařuje se (kondenzace je opačná). Uchopení koloběhu vody v místě kondenzace může pomoci poznat, jak se voda vytváří na studené sklenici.
Ve vodním cyklu vodní pára tlačená do chladnější horní atmosféry zpomaluje rychlost odpařování na méně než rychlost kondenzace. Ke kondenzaci dochází rychlejším tempem a plynné molekuly vody kondenzují kolem vzduchu částice prachu, soli a kouře vytvářejí malé kapičky, které mohou růst hromaděním více tekuté vody molekuly.
Kondenzace na skle
Podobně jako chladnější horní atmosféra, protože sklo v našem příkladu od začátku chladne led v nápoji dosáhne teploty, při které dochází ke kondenzaci vyšší rychlostí než vypařování. I v horkém dni a přestože horký vzduch pojme více vodní páry než studený vzduch, existuje horní hranice toho, kolik vzduchu vodní pára pojme.
Pohyb částic může vysvětlit toto zvýšení rychlosti kondenzace. Když horký vzduch přijde do styku se studeným sklem, teplo se přenese z horkého vzduchu do studeného skla. Ztráta tepla v okolním vzduchu způsobuje, že vodní pára ve skle ztrácí energii. Jakmile dojde ke ztrátě energie, vodní pára kondenzuje na skle na kapalinu.
Jakmile se led v nápoji roztaví, teplota kapaliny uvnitř sklenice a okolního vzduchu se dostane do rovnováhy a na sklenici se již nebude tvořit kondenzace.