Häll en iskall dryck i ett glas en varm sommardag och snart kommer vattendroppar att bildas på utsidan av glaset. Hur sker denna kondens på glas och var kommer vattnet från? Förståelse för materiens tillstånd och faser svarar på dessa frågor.
Matterstatus
Tänk på tre av materiens tillstånd: fast, flytande och gas.
I en fastpartiklar packas tätt ihop som byggstenar och har en bestämd form. Partiklarna i det fasta ämnet kommer inte att röra sig mycket, men de kommer att ha en vibration från de subatomära partiklarna som elektroner som ständigt är i rörelse.
Vätskor kommer att anpassa sig till formen på en behållare - ungefär som en iskall dryck som hälls i glaset, där vätskan fyller behållaren. I vätskor är partiklarna löst packade och kan flöda runt varandra.
Gaser har ingen bestämd form och kommer att expandera för att fylla en behållare. Det finns så mycket utrymme mellan gasformiga partiklar att partiklarna sällan stöter i kontakt med varandra.
Matterstatus: Fasförändringar
Vatten kan röra sig genom materiens tre tillstånd beroende på temperatur. Det kan hittas som ett fast ämne i is, flytande vatten och som en gas i vattenånga.
Tänk på flödesschemat nedan för hur tillståndet för materia fas in i varandra; de processer genom vilka detta händer heter:
Fast → in smältande vänder sig till → vätska → in avdunstning vänder sig till → gas
Det motsatta är:
Gas → in kondensation vänder sig till → vätska → in frysning vänder sig till → fast
Lägg märke till att kondensprocess är när en gas förvandlas till en vätska. Med vatten betyder detta att vattenånga har förvandlats till flytande vatten.
En kondenskemisk definition är processen för ett ämne som ändras från ett gasformigt till flytande tillstånd. Denna process orsakas av en förändring av mestadels temperatur men också tryck.
Kondensprocess och energi
Granska flödesdiagrammet för gas i en vätska:
Gas → i kondens blir till → vätska
Kom också ihåg hur molekylerna verkade i både gasformiga och flytande tillstånd. I en gas har partiklar en hög kinetisk energi. I en vätska har de mindre kinetisk energi. En gas måste tappa energi för att bli en vätska.
Vattenmolekylerna i gasformigt tillstånd förlorar värmeenergi, saktar ner sin rörelse och börjar "klibba ihop" för att bilda en vätska.
Kondens: Vattencykel
Vattenpärlor har dykt upp på glaset, och från definitionen betyder det att vattenånga har kondenserat till vätska på glasytan.
Denna vattenånga finns alltid i luften, även på klara dagar. Vatten kondenserar och avdunstar alltid (motsatsen till kondens) i luften. Att ta tag i vattencykeln vid kondenspunkten kan hjälpa till att känna igen hur vatten bildas på ett kallt glas.
Under vattencykeln sänker vattenånga in i den svalare övre atmosfären avdunstningshastigheten ner till mindre än kondensationshastigheten. Kondensation sker i en snabbare takt, och de gasformiga vattenmolekylerna kondenserar runt små luftburna partiklar av damm, salt och rök för att bilda små droppar som kan växa genom att samla mer flytande vatten molekyler.
Kondens på glas
Liknar den svalare övre atmosfären, eftersom glaset i vårt exempel från början blir kallt från isen i drycken når den en temperatur där kondensation sker i högre takt än avdunstning. Även på en varm dag, och även om varm luft kan hålla mer vattenånga än kall luft, finns det en övre gräns för hur mycket vattenångluft som kan hålla.
Partiklarnas rörelse kan förklara denna ökning av kondensationshastigheten. När den varma luften kommer i kontakt med det kalla glaset överförs värme från den varma luften till det kalla glaset. Värmeförlusten i den omgivande luften gör att vattenångan från glaset tappar energi. När energi har gått förlorat kondenserar vattenångan till vätska på glaset.
När isen smälter i drycken kommer vätskans temperatur inuti glaset och den omgivande luften att komma i jämvikt och kondens på glaset kommer inte längre att bildas.