|
 |
|
Postovani,
Ako zagrijavamo vodu i ona počne isparavati na 93 stupnjeva, zašto se temperatura vode nastavlja penjati do 100 stupnjeva te ne prelazi tih 100 stupnjeva? Ukoliko je u zatvorenom sustavu gdje nema mogućnost hladjenja
|
|
Ime i prezime:
Valentina Folk
valentinafolk18@gmail.com
|
 |
 |
Za stanje u kojemu se nalazi voda najbitniji su temperatura i tlak, a kako točno oni utječu na stanje vode, najljepše se može vidjeti na njezinom faznom dijagramu (npr. ovdje ili ovdje). Oni, međutim, ne govore kakva će voda biti, nego koja je faza najstabilnija.
Za naše prilike tlak je približno stalan, tako da je glavni parametar temperatura. Ako je temperatura ispod nule, najstabilnije stanje vode je led, ako je između nula i stotinu stupnjeva po Celsiusu, najstabilnija je tekuća voda, dok je iznad stotke najstabilnija vodena para.
Uzmemo li sad lonac vode i krenemo ga grijati, prvo što ćemo primijetiti je da to traje. A dok traje, možemo i malo porazmisliti. Svaka tekućina (pa i krutina) ima svoj tlak para, a to u biti znači da je u nekakvoj ravnoteži s plinovitom fazom. Pri niskim temperaturama taj je tlak nizak, a s porastom temperature raste dok ne dosegne tlak atmosfere u kojoj se nalazi voda. U tom času tekućina će zavrijeti. No, kako si primijetila, voda počne isparavati puno prije, i to ne pri 93 °C, nego i pri sobnoj temperaturi. Štoviše, čak i led isparava, samo što se to onda zove sublimacija. Zbog toga se može dogoditi da se negdje količina snijega smanji iako se ništa nije otopilo. Razlog tomu spomenuo sam gore: sve ima svoj tlak para. To zapravo znači da ni krutine ni tekućine nisu posve stabilne, već uvijek polako isparavaju. To vrijedi čak i za tako nehlapljive tvari kao što su metali. Dakle, kad gledamo onaj lonac vode koji se grije, gledamo sustav koji nije stabilan. Ostavimo li taj lonac na hladnom, za mjesec-dva naći ćemo da je od vode ostalo tek nešto kamenca. No, naš se lonac grije i voda zbog toga hlapi bitno brže. Blizu vrelišta možemo čak i vidjeti da se diže para.
No, je li to što vidimo para? Vodena para je plin bez boje, okusa i mirisa, a ono što vidimo zapravo je para koja se kondenzirala. Naime, lonac je vruć i voda u njemu ima visoki tlak para. Zrak iznad lonca pak nije toliko vruć i ako se vodena para ohladi na tu temperaturu, ona će se kondenzirati dok se parcijalni tlak vodene pare ne izjednači s tlakom para koji bi voda imala pri toj temperaturi. Iz istog se razloga ljudima koji nose naočale one zimi zamagle kad izvana uđu u toplo. Naočale su hladne i na njima će tlak para vode biti niži nego u okolnom zraku. Zbog toga će se na njima kondenzirati voda sve dok se ne zagriju na sobnu temperaturu.
No, vratimo se loncu. Upravo su krenuli prvi mjehurići, što će reći da je temperatura došla do vrelišta. Ako se vrenje nastavi, možemo biti prilično sigurni da temperatura više neće rasti. Razlog tomu je što se višak topline više neće trošiti na grijanje vode, nego na njezino isparavanje. Naime, sve one molekule vode, koje su dobile dovoljno energije da odu u plinovitu fazu, to će i učiniti, tako da se grijanje više neće odražavati na temperaturi, već samo na to koliko intenzivno voda vrije. Taj njihov odlazak pak znači da će ostatak vode biti hladniji. Na taj način se s jedne strane hlapljenjem vode predmeti hlade (npr. mi kad se znojimo, a more kad puše jak vjetar), a s druge se vrenjem temperatura održava točno na vrelištu.
A sad recimo da nam je dosadilo gledati vrenje pa smo zatvorili lonac. I recimo da smo stavili nekakav proziran poklopac, tako da vidimo što se zbiva u loncu, a opet da je taj poklopac dobro pričvršćen (kao u ekspresnim loncima). Prvo što ćemo zamijetiti po zatvaranju je da je vrenje odmah prestalo. Drugo što ćemo primijetiti, ako nam sustav ima ugrađen termometar, je da je temperatura počela rasti. Prije sam već spomenuo da voda vrije kad njezin tlak para dosegne atmosferski tlak. Ako je lonac zatvoren, tlak će moći rasti dok god to lonac može izdržati, tako da će ispariti samo onoliko vode koliko treba da se podigne tlak. Ekspresni lonci zato imaju sigurnosne ventile, a mi ćemo ovaj svoj misaoni lonac maknuti s misaonog plamena, e kako nam misaoni pokus ne bi završio misaonom eksplozijom.
Zatvaranjem lonca dobili smo, očito, zatvoreni sustav. U njemu voda može biti ili tekuća ili plinovita (ako ga ne ohladimo ispod nule), a kako je zbog stalnog vrenja iz lonca davno istjeran sav zrak, ono što u njemu imamo sad je samo voda (plus nešto kamenca po stijenkama). Ako takav sustav ostavimo na miru, on će se s vremenom uravnotežiti, i to tako da tlak vodene pare (ujedno i ukupni tlak, jer smo istjerali zrak) bude jednak tlaku para iznad vode pri temperaturi sustava. Ako lonac malo ohladimo, dio vodene pare će se kondenzirati, dok će grijanjem dio vode ishlapiti dok se tlak ne izjednači s tlakom para pri novoj temperaturi. Ako lonac zagrijemo naglo, onda ćemo nakratko vidjeti vrenje dok se sustav opet ne uravnoteži. Naglo hlađenje može pak dovesti do toga da se u loncu nakratko napravi oblačak svježe kondenzirane vodene pare.
Završivši misaoni pokus, možemo se posvetiti čišćenju i spremanju misaonog lonca. Ali eto nam nevolje! Ohlađen lonac više se ne da otvoriti. Što se dogodilo? Kako ćemo otvoriti lonac? Ta pitanja ostavljam tebi, za zabavu.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
i.cvrtila@rug.nl
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
