Karštą vasaros dieną į stiklinę supilkite ledinį šaltą gėrimą ir netrukus taurės išorėje susidarys vandens lašeliai. Kaip vyksta kondensacija ant stiklo ir iš kur vanduo? Supratimas apie materijos būsenas ir fazes atsako į šiuos klausimus.
Materijos būsenos
Apsvarstykite tris materijos būsenas: kietą, skystą ir dujinę.
A kietas, dalelės yra supakuotos glaudžiai viena šalia kitos kaip statybinės medžiagos ir turi apibrėžtą formą. Kietosios dalelės mažai judės, tačiau jos sukels subatominių dalelių vibraciją, pavyzdžiui, nuolat judantys elektronai.
Skysčiai atitiks indo formą - panašiai kaip ledinis šaltas gėrimas, pilamas į taurę, kur skystis užpildo indą. Skysčiuose dalelės yra laisvai supakuotos ir gali tekėti aplink viena kitą.
Dujos neturi apibrėžtos formos ir išsiplės, kad užpildytų konteinerį. Tarp dujinių dalelių yra tiek daug vietos, kad dalelės retai susiduria su viena kita.
Materijos būsenos: fazių pokyčiai
Priklausomai nuo temperatūros, vanduo gali judėti per tris materijos būsenas. Jį galima rasti kaip kietą medžiagą lede, skystame vandenyje ir kaip dujas vandens garuose.
Apsvarstykite toliau pateiktą srauto diagramą, kaip materijos būsenos pereina viena į kitą; procesai, kuriais tai vyksta, yra įvardijami:
Tvirtas → į tirpsta pasisuka → skystis → į garinimas pasisuka → dujos
Atvirkščiai:
Dujos → į kondensatas pasisuka → skystis → į sušalimas pasisuka į → tvirtą
Atkreipkite dėmesį, kad kondensacijos procesas yra tada, kai dujos virsta skysčiu. Su vandeniu tai reiškia, kad vandens garai virto skystu vandeniu.
Kondensacijos chemijos apibrėžimas yra medžiagos procesas, pereinantis iš dujinės į skystą būseną. Šį procesą lemia daugiausia temperatūros pokyčiai, bet ir slėgis.
Kondensacijos procesas ir energija
Peržiūrėkite dujų į skystį srauto schemą:
Dujos → kondensacijos metu virsta → skysčiu
Taip pat prisiminkite, kaip molekulės veikė dujinėse ir skystosiose būsenose. Dujose dalelės turi didelę kinetinę energiją. Skystyje jie turi mažiau kinetinės energijos. Dujos turi prarasti energiją, kad taptų skysčiu.
Vandens molekulės, esančios dujinėje būsenoje, praranda šilumos energiją, sulėtina judėjimą ir pradeda „sulipti“, kad susidarytų skystis.
Kondensatas: vandens ciklas
Ant stiklo atsirado vandens karoliukai, o tai iš apibrėžimo reiškia vandens garai ant stiklo paviršiaus kondensuojasi.
Šių vandens garų ore visada būna net ir giedromis dienomis. Vanduo ore visada kondensuojasi ir garuoja (priešingai nei kondensatas). Vandens ciklo suvokimas kondensacijos vietoje gali padėti atpažinti, kaip vanduo susidaro ant šalto stiklo.
Vandens ciklo metu vandens garai, įstumti į aušintuvo viršutinę atmosferos dalį, garavimo greitį sumažina iki mažesnio nei kondensacijos greitis. Kondensatas vyksta greičiau, o dujinės vandens molekulės kondensuojasi aplink mažą orą dulkių, druskos ir dūmų dalelės, kad susidarytų maži lašeliai, kurie gali išaugti surinkdami daugiau skysto vandens molekulės.
Kondensatas ant stiklo
Panašu į vėsesnę viršutinę atmosferą, nes mūsų pavyzdyje nuo pat pradžių stiklas tampa šaltas ledo gėrime, jis pasiekia temperatūrą, kur kondensatas vyksta didesniu greičiu nei garinimas. Net karštą dieną ir nors karštas oras gali sulaikyti daugiau vandens garų nei šaltas oras, yra viršutinė riba, kiek vandens garų oras gali laikyti.
Dalelių judėjimas gali paaiškinti šį kondensacijos greičio padidėjimą. Kai karštas oras liečiasi su šaltu stiklu, šiluma iš karšto oro perkeliama į šaltą stiklą. Praradus šilumą aplinkiniame ore, stiklo vandens garai praranda energiją. Praradus energiją, vandens garai ant stiklo kondensuojasi į skystį.
Ledui ištirpus gėrime, stiklo viduje esančio skysčio ir aplinkinio oro temperatūra pasieks pusiausvyrą, o ant stiklo nebebus susidaręs kondensatas.