В жаркий летний день налейте в стакан ледяной напиток, и вскоре на внешней стороне стакана появятся капли воды. Как происходит конденсация на стекле и откуда берется вода? На эти вопросы отвечает понимание состояний и фаз материи.
Состояния вещества
Рассмотрим три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.
В твердый, частицы упакованы близко друг к другу, как строительные блоки, и имеют определенную форму. Частицы твердого тела не будут сильно двигаться, но они будут иметь вибрацию от субатомных частиц, как электроны, постоянно движущиеся.
Жидкости будет соответствовать форме емкости - так же, как ледяной напиток, налитый в стакан, где жидкость заполняет емкость. В жидкостях частицы плотно упакованы и могут обтекать друг друга.
Газы не имеют определенной формы и будут расширяться, чтобы заполнить емкость. Между газовыми частицами так много места, что частицы редко сталкиваются друг с другом.
Состояния материи: фазовые изменения
Вода может проходить через три состояния вещества в зависимости от температуры. Его можно найти в твердом виде во льду, жидкой воде и в виде газа в водяном паре.
Рассмотрим приведенную ниже блок-схему того, как состояния материи переходят друг в друга; процессы, с помощью которых это происходит, называются:
Твердый → в таяние превращается в → жидкость → в испарение превращается в → газ
Обратное:
Газ → в конденсация превращается в → жидкость → в замораживание превращается в → сплошной
Обратите внимание, что процесс конденсации когда газ превращается в жидкость. В случае воды это означает, что водяной пар превратился в жидкую воду.
Определение химии конденсации - это процесс перехода вещества из газообразного в жидкое состояние. Этот процесс вызван изменением в основном температуры, но также и давления.
Процесс конденсации и энергия
Просмотрите блок-схему перехода газа в жидкость:
Газ → при конденсации превращается в → жидкость
Также вспомним, как молекулы действовали как в газообразном, так и в жидком состоянии. В газе частицы обладают высокой кинетической энергией. В жидкости они обладают меньшей кинетической энергией. Чтобы стать жидкостью, газ должен потерять энергию.
Молекулы воды в газообразном состоянии теряют тепловую энергию, замедляют свое движение и начинают «слипаться», образуя жидкость.
Конденсация: круговорот воды
На стекле появились водяные бусинки, и, по определению, это означает, что водяной пар конденсируется в жидкость на поверхности стекла.
Этот водяной пар всегда присутствует в воздухе, даже в ясные дни. Вода всегда конденсируется и испаряется (наоборот) в воздухе. Понимание круговорота воды в точке конденсации может помочь понять, как вода образуется на холодном стакане.
В круговороте воды водяной пар, выталкиваемый в более прохладные верхние слои атмосферы, замедляет скорость испарения до уровня, меньшего, чем скорость конденсации. Конденсация происходит быстрее, и молекулы газообразной воды конденсируются вокруг крошечных частиц, находящихся в воздухе. частицы пыли, соли и дыма образуют крошечные капли, которые могут расти, собирая больше жидкой воды молекулы.
Конденсация на стекле
Подобно более прохладным верхним слоям атмосферы, поскольку стекло в нашем примере с самого начала становится холодным из-за лед в напитке, он достигает температуры, при которой конденсация происходит с большей скоростью, чем испарение. Даже в жаркий день, и хотя горячий воздух может содержать больше водяного пара, чем холодный, существует верхний предел того, сколько водяного пара может удерживать воздух.
Движение частиц может объяснить это увеличение скорости конденсации. Когда горячий воздух соприкасается с холодным стеклом, тепло передается от горячего воздуха к холодному стеклу. Потеря тепла в окружающем воздухе приводит к потере энергии водяным паром стекла. После потери энергии водяной пар конденсируется на стекле в жидкость.
Как только лед в напитке тает, температура жидкости внутри стакана и окружающего воздуха уравновесится, и на стекле больше не будет образовываться конденсат.