V vroč poletni dan v kozarec nalijte ledeno mrzlo pijačo in kmalu se bodo na zunanji strani kozarca pojavile kapljice vode. Kako se zgodi ta kondenzacija na steklu in od kod prihaja voda? Na ta vprašanja odgovarja razumevanje stanj in faz snovi.
Zadeve
Upoštevajte tri stanja snovi: trdno, tekoče in plinsko.
V trdna, delci so pakirani tesno skupaj kot gradniki in imajo določeno obliko. Delci trdne snovi se ne bodo veliko gibali, toda vibrirali bodo subatomski delci, kot so elektroni, ki se nenehno gibljejo.
Tekočine ustreza obliki posode - podobno kot ledeno mrzla pijača, ki jo vlijemo v kozarec, kjer tekočina napolni posodo. V tekočinah so delci ohlapno zapakirani in lahko tečejo drug okoli drugega.
Plini nimajo določene oblike in se bodo razširili, da napolnijo posodo. Med plinastimi delci je toliko prostora, da delci le redko pridejo v stik med seboj.
Stanja snovi: fazne spremembe
Voda se lahko giblje skozi tri snovi v odvisnosti od temperature. Najdemo ga kot trdno snov v ledu, tekoči vodi in kot plin v vodni pari.
Spodnji razmislite o diagramu poteka, kako se snovna stanja med seboj fazirajo; poimenovani so procesi, s katerimi se to zgodi:
Trdno → v taljenje se spremeni v → tekočina → v izhlapevanje se obrne na → plin
Vzvratno je:
Plin → v kondenzacija se spremeni v → tekočina → v zmrzovanje spremeni v → trdna
Upoštevajte, da postopek kondenzacije je, ko se plin spremeni v tekočino. Z vodo to pomeni, da se je vodna para spremenila v tekočo vodo.
Opredelitev kondenzacijske kemije je postopek, ko snov prehaja iz plinastega v tekoče stanje. Ta postopek je posledica spremembe večinoma temperature, pa tudi tlaka.
Proces kondenzacije in energija
Preglejte diagram pretoka plina v tekočino:
Plin → pri kondenzaciji se spremeni v → tekočina
Spomnimo se tudi, kako so molekule delovale tako v plinastem kot v tekočem stanju. V plinu imajo delci visoko kinetično energijo. V tekočini imajo manj kinetične energije. Plin mora izgubiti energijo, da postane tekočina.
Molekule vode v plinastem stanju izgubijo toplotno energijo, upočasnijo svoje gibanje in se začnejo "držati" skupaj, da tvorijo tekočino.
Kondenzacija: vodni cikel
Na steklu so se pojavile vodne kroglice, kar po definiciji to pomeni vodna para se je na stekleni površini zgostila v tekočino.
Ta vodna para je vedno prisotna v zraku, tudi ob jasnih dneh. Voda se v zraku vedno kondenzira in izhlapi (nasprotje kondenzacije). Ujemanje vodnega kroga na mestu kondenzacije lahko pomaga prepoznati, kako nastane voda na hladnem kozarcu.
V vodnem krogu vodna para, potisnjena v hladnejše zgornje ozračje, upočasni hitrost izhlapevanja na manj kot hitrost kondenzacije. Kondenzacija se zgodi hitreje in molekule plinaste vode se kondenzirajo okoli drobnih zrakov delci prahu, soli in dima, da tvorijo drobne kapljice, ki lahko rastejo z zbiranjem več tekoče vode molekul.
Kondenzacija na steklu
Podobno kot v hladnejšem zgornjem sloju atmosfere, saj steklo v našem primeru od začetka postane hladno led v pijači doseže temperaturo, pri kateri pride do kondenzacije višje kot izhlapevanje. Tudi v vročem dnevu in čeprav vroč zrak lahko zadrži več vodne pare kot hladen zrak, obstaja zgornja meja, koliko zraka v zraku lahko zadrži.
Gibanje delcev lahko pojasni to povečanje stopnje kondenzacije. Ko vroč zrak pride v stik s hladnim steklom, se toplota iz vročega zraka prenese na hladno steklo. Izguba toplote v okoliškem zraku povzroči, da vodna para stekla izgublja energijo. Ko se energija izgubi, se vodna para na steklu kondenzira v tekočino.
Ko se led v pijači stopi, bo temperatura tekočine v kozarcu in okoliškem zraku prišla v ravnovesje in na kozarcu ne bo več nastajala kondenzacija.