Vrućeg ljetnog dana u čašu ulijte ledeno hladni napitak i uskoro će se na vanjskoj strani čaše stvoriti kapljice vode. Kako se događa ta kondenzacija na staklu i odakle dolazi voda? Razumijevanje stanja i faza materije odgovara na ova pitanja.
Države materije
Razmotrimo tri stanja tvari: kruto, tekuće i plinsko.
U solidan, čestice su zbijene jedna uz drugu poput građevinskih blokova i imaju određeni oblik. Čestice krutine neće se puno kretati, ali imat će vibracije subatomskih čestica poput elektrona koji se neprestano kreću.
Tekućine odgovarat će obliku posude - slično ledeno hladnom piću ulivenom u čašu, gdje tekućina ispunjava posudu. U tekućinama su čestice labavo zbijene i mogu strujati jedna oko druge.
Plinovi nemaju određeni oblik i proširit će se kako bi popunili posudu. Između plinovitih čestica ima toliko prostora da se čestice rijetko sudaraju jedna s drugom.
Stanja materije: fazne promjene
Voda se može kretati kroz tri stanja materije, ovisno o temperaturi. Može se naći kao krutina u ledu, tekućoj vodi i kao plin u vodenoj pari.
Razmotrite donji dijagram toka kako se stanja materije međusobno faziraju; nazvani su procesi kojima se to događa:
Čvrsto → u topljenje pretvara u → tekućina → u isparavanje pretvara u → plin
Obrnuto je:
Plin → u kondenzacija pretvara u → tekućina → u smrzavanje pretvara u → solidno
Primijetite da postupak kondenzacije je kada se plin pretvori u tekućinu. S vodom to znači da se vodena para pretvorila u tekuću vodu.
Definicija kemije kondenzacije je postupak promjene tvari iz plinovitog u tekuće stanje. Taj je proces uzrokovan promjenom uglavnom temperature, ali i tlaka.
Proces kondenzacije i energija
Pregledajte dijagram toka plina u tekućinu:
Plin → u kondenzaciji se pretvara u → tekućinu
Prisjetite se i kako su molekule djelovale i u plinovitom i u tekućem stanju. U plinu čestice imaju visoku kinetičku energiju. U tekućini imaju manje kinetičke energije. Plin mora izgubiti energiju da bi postao tekućina.
Molekule vode u plinovitom stanju gube toplinsku energiju, usporavaju svoje kretanje i počinju se "lijepiti" kako bi stvorile tekućinu.
Kondenzacija: ciklus vode
Na staklu su se pojavile vodene kuglice, što, prema definiciji, to znači da vodena para se na površini stakla kondenzirao u tekućinu.
Ova vodena para uvijek je prisutna u zraku, čak i za vedrih dana. Voda se uvijek kondenzira i isparava (suprotnost kondenzacije) u zraku. Uhvatiti kružni tok vode na mjestu kondenzacije može pomoći u prepoznavanju kako se voda stvara na hladnoj čaši.
U vodenom ciklusu vodena para potisnuta u hladniji gornji sloj atmosfere usporava brzinu isparavanja na manje od brzine kondenzacije. Kondenzacija se događa bržom brzinom, a plinovite molekule vode kondenziraju se oko sitnih zraka čestice prašine, soli i dima stvaraju sitne kapljice koje mogu rasti skupljajući više tekuće vode molekule.
Kondenzacija na staklu
Slično hladnijoj gornjoj atmosferi, jer staklo u našem primjeru od početka postaje hladno led u piću, postiže temperaturu kod koje se kondenzacija događa većom brzinom od isparavanje. Čak i po vrućem danu, iako vrući zrak može zadržati više vodene pare od hladnog, postoji gornja granica količine zraka koji sadrži vodena para.
Kretanje čestica može objasniti ovo povećanje brzine kondenzacije. Kada vrući zrak dođe u dodir s hladnim staklom, toplina se prenosi s vrućeg zraka na hladno staklo. Gubitak topline u okolnom zraku uzrokuje da vodena para stakla gubi energiju. Jednom kad se energija izgubi, vodena para kondenzira se u tekućinu na staklu.
Jednom kada se led otopi u piću, temperatura tekućine unutar čaše i okolnog zraka doći će u ravnotežu i više se neće stvarati kondenzacija na čaši.