Kaada jääkylmää juomaa lasiin kuumana kesäpäivänä, ja pian lasin ulkopuolelle muodostuu vesipisaroita. Kuinka tämä tiivistyminen lasilla tapahtuu ja mistä vesi tulee? Aineiden tilojen ja vaiheiden ymmärtäminen vastaa näihin kysymyksiin.
Aineen tilat
Tarkastellaan kolmea aineen tilaa: kiinteä aine, neste ja kaasu.
Jonkin sisällä kiinteä, hiukkaset pakataan lähekkäin kuten rakennuspalikat ja niillä on selvä muoto. Kiinteän aineen hiukkaset eivät liiku paljon, mutta niillä on tärinä subatomisista hiukkasista, kuten elektronit, jotka ovat jatkuvasti liikkeessä.
Nesteet mukautuu astian muotoon - aivan kuten jääkylmä juoma, joka kaadetaan lasiin, jossa neste täyttää astian. Nesteissä hiukkaset ovat löyhästi pakattuja ja voivat virrata toistensa ympäri.
Kaasut niillä ei ole tarkkaa muotoa ja ne laajenevat täyttämään säiliön. Kaasumaisten hiukkasten välillä on niin paljon tilaa, että hiukkaset törmäävät harvoin kosketuksiin toistensa kanssa.
Aineen tilat: Vaihemuutokset
Vesi voi liikkua kolmen aineen läpi lämpötilasta riippuen. Sitä voidaan löytää kiinteänä aineena jäässä, nestemäisessä vedessä ja kaasuna vesihöyryssä.
Harkitse alla olevaa vuokaaviota siitä, kuinka aineen tilat vaiheituvat toisiinsa; prosessit, joilla tämä tapahtuu, on nimetty:
Kiinteä → sisään sulaminen muuttuu → nestemäiseksi → sisään haihdutus kääntyy → kaasuksi
Päinvastoin:
Kaasu → sisään tiivistyminen muuttuu → nestemäiseksi → sisään jäätyminen kääntyy → kiinteäksi
Huomaa, että kondensaatioprosessi on kun kaasu muuttuu nesteeksi. Veden kanssa tämä tarkoittaa, että vesihöyry on muuttunut nestemäiseksi vedeksi.
Kondensaatiokemian määritelmä on aineen prosessi, joka muuttuu kaasumaisesta nestetilaan. Tämä prosessi johtuu pääasiassa lämpötilan, mutta myös paineen muutoksesta.
Kondensaatioprosessi ja energia
Tarkista nestekaasun virtauskaavio:
Kaasu → kondensaatiossa muuttuu → nesteeksi
Muista myös, miten molekyylit toimivat sekä kaasumaisessa että nestemäisessä tilassa. Kaasussa hiukkasilla on suuri kineettinen energia. Nesteessä niillä on vähemmän kineettistä energiaa. Kaasun täytyy menettää energiaa, jotta siitä tulee nestettä.
Kaasumaisessa tilassa olevat vesimolekyylit menettävät lämpöenergian, hidastavat liikkumistaan ja alkavat "tarttua" yhteen muodostaen nesteen.
Kondensoituminen: Vesikierto
Lasille on ilmestynyt vesihelmiä, ja määritelmän mukaan tämä tarkoittaa sitä vesihöyry on tiivistynyt nesteenä lasin pinnalle.
Tätä vesihöyryä on aina ilmassa, jopa kirkkaina päivinä. Vesi tiivistyy ja haihtuu aina (kondensaation vastakohta) ilmassa. Vedenkierron tarttuminen tiivistymispisteeseen voi auttaa tunnistamaan, kuinka vesi muodostuu kylmälle lasille.
Vesikierrossa viileämpään ylempään ilmakehään työnnetty vesihöyry hidastaa haihtumisnopeutta pienemmäksi kuin kondensoitumisnopeus. Kondensoituminen tapahtuu nopeammin, ja kaasumaiset vesimolekyylit tiivistyvät pienen ilmassa pölyn, suolan ja savun hiukkasista muodostuu pieniä pisaroita, jotka voivat kasvaa keräämällä enemmän nestemäistä vettä molekyylejä.
Kondensoituminen lasille
Samanlainen kuin viileämpi ylempi ilmakehä, koska esimerkissämme oleva lasi kylmänä jään juomassa, se saavuttaa lämpötilan, jossa tiivistyminen tapahtuu nopeammin kuin haihdutus. Jopa kuumana päivänä, ja vaikka kuuma ilma mahtuu enemmän vesihöyryä kuin kylmä ilma, on yläraja sille, kuinka paljon vesihöyryä ilma mahtuu.
Hiukkasten liike voi selittää kondensoitumisnopeuden kasvun. Kun kuuma ilma joutuu kosketuksiin kylmän lasin kanssa, lämpö siirtyy kuumasta ilmasta kylmään lasiin. Ympäröivän ilman lämpöhäviö aiheuttaa lasin vesihöyryn menettämisen. Kun energia on kadonnut, vesihöyry tiivistyy nesteenä lasilla.
Kun jää sulaa juomassa, lasin sisällä olevan nesteen ja ympäröivän ilman lämpötila tulee tasapainoon, eikä kondensoitumista lasille enää muodostu.