W gorący letni dzień wlej do szklanki lodowaty napój, a wkrótce na zewnętrznej stronie szklanki pojawią się kropelki wody. Jak dochodzi do kondensacji na szkle i skąd pochodzi woda? Zrozumienie stanów i faz materii odpowiada na te pytania.
Stany materii
Rozważ trzy stany skupienia materii: stały, ciekły i gazowy.
W solidny, cząstki są upakowane blisko siebie jak cegiełki i mają określony kształt. Cząsteczki ciała stałego nie będą się zbytnio poruszać, ale będą wibrować od cząstek subatomowych, takich jak elektrony w ciągłym ruchu.
Płyny dopasuje się do kształtu pojemnika — podobnie jak lodowaty napój wlany do szklanki, gdzie płyn wypełnia pojemnik. W cieczach cząstki są luźno upakowane i mogą krążyć wokół siebie.
Gazy nie mają określonego kształtu i rozszerzą się, aby wypełnić pojemnik. Między cząsteczkami gazowymi jest tak dużo przestrzeni, że cząsteczki rzadko stykają się ze sobą.
Stany Materii: Zmiany Faz
Woda może przechodzić przez trzy stany skupienia w zależności od temperatury. Można go znaleźć jako ciało stałe w lodzie, ciekłej wodzie i jako gaz w parze wodnej.
Rozważ poniższy diagram przedstawiający, w jaki sposób stany materii wchodzą w siebie nawzajem; procesy, dzięki którym to się dzieje, są nazwane:
Stały → w topienie zmienia się w → płyn → in odparowanie zamienia się na → gaz
Odwrotność to:
Gaz → w kondensacja zmienia się w → płyn → in zamrażanie zmienia się w → stały
Zauważ, że proces kondensacji jest wtedy, gdy gaz zamienia się w ciecz. W przypadku wody oznacza to, że para wodna zamieniła się w wodę w stanie ciekłym.
Definicja chemii kondensacji to proces przemiany substancji ze stanu gazowego w ciekły. Proces ten spowodowany jest głównie zmianą temperatury, ale także ciśnienia.
Proces kondensacji i energia
Przejrzyj schemat przepływu gazu do cieczy:
Gaz → w kondensacji zamienia się w → ciecz
Przypomnij sobie również, jak molekuły zachowywały się zarówno w stanie gazowym, jak i ciekłym. W gazie cząstki mają wysoką energię kinetyczną. W cieczy mają mniejszą energię kinetyczną. Gaz musi stracić energię, aby stać się cieczą.
Cząsteczki wody w stanie gazowym tracą energię cieplną, spowalniają ruch i zaczynają się „sklejać” tworząc ciecz.
Kondensacja: obieg wody
Na szkle pojawiły się perełki wody, co z definicji oznacza, że para wodna skondensował się w płyn na szklanej powierzchni.
Ta para wodna jest zawsze obecna w powietrzu, nawet w pogodne dni. Woda zawsze kondensuje i paruje (przeciwieństwo kondensacji) w powietrzu. Uchwycenie obiegu wody w punkcie kondensacji może pomóc w rozpoznaniu, jak woda tworzy się na zimnej szklance.
W obiegu wodnym para wodna wypchnięta do chłodniejszej górnej atmosfery spowalnia szybkość parowania do wartości mniejszej niż szybkość kondensacji. Kondensacja zachodzi szybciej, a gazowe cząsteczki wody kondensują się wokół maleńkich unoszących się w powietrzu cząsteczki kurzu, soli i dymu tworzą maleńkie kropelki, które mogą rosnąć poprzez zbieranie większej ilości wody molekuły.
Kondensacja na szkle
Podobnie jak w chłodniejszej górnej atmosferze, ponieważ szkło w naszym przykładzie od początku staje się zimne od lód w napoju osiąga temperaturę, w której kondensacja zachodzi z większą szybkością niż odparowanie. Nawet w upalny dzień i chociaż gorące powietrze może pomieścić więcej pary wodnej niż zimne powietrze, istnieje górna granica tego, ile pary wodnej może pomieścić powietrze.
Ruch cząstek może wyjaśnić ten wzrost szybkości kondensacji. Kiedy gorące powietrze wchodzi w kontakt z zimną szybą, ciepło jest przekazywane z gorącego powietrza do zimnej szyby. Utrata ciepła w otaczającym powietrzu powoduje, że para wodna ze szkła traci energię. Po utracie energii para wodna kondensuje się na szkle w ciecz.
Gdy lód roztopi się w napoju, temperatura płynu wewnątrz szklanki i otaczającego powietrza ustabilizuje się, a kondensacja na szklance przestanie się tworzyć.
