VĀRĪŠANA: JĒDZIENS, VEIDI UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Vārīšanās ir izmaiņas no stāvokļa vai šķidrās fāzes uz gāzveida stāvoklī. Tas rodas, kad šķidrums tiek uzkarsēts līdz tā viršanas temperatūrai: temperatūra, kurā šķidruma tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, kas tiek iedarbināts uz šķidruma virsmas.

Parasti vārot siltumu piegādā trauka apakšējā daļā, kurā ir šķidrums. Tur sākas burbuļu veidošanās, kuru tilpums palielinās, kad tie paceļas pret šķidruma virsmu, jo, paaugstinoties spiedienam uz tiem, samazinās.

Kad šķidrums vārās, tiek uzskatīts, ka tas ir sasniedzis vārīšanās temperatūru. Avots: Pixabay.

Kad karsētais šķidrums ir ūdens, burbuļi satur ūdens tvaikus; tas ir, tie jau satur ūdeni gāzveida stāvoklī. Turklāt burbuļi tiek sadalīti visā šķidruma tilpumā. Ūdens vārīšanās temperatūra ir aptuveni 100ºC ar spiedienu 1 atm (760 mmHg).

Lai izraisītu stāvokļa maiņu no šķidras fāzes uz gāzveida fāzi, ir nepieciešams piegādāt enerģiju (iztvaikošanas entalpija). Kamēr vārās, ūdens temperatūra paliek nemainīga 100 ° C temperatūrā, jo tiek zaudēta siltumenerģija, jo šķidrā ūdens molekulas parādās kā ūdens tvaiki.

Vārīšanas veidi

Ir divi galvenie vārīšanās veidi: kodolveida un kritiskā siltuma plūsma.

Nukleāta vārīšanās laikā šķidruma tilpuma dažādās vietās veidojas maza tilpuma burbuļi.

Pēc temperatūras paaugstināšanās tiek novērota burbuļu veidošanās

Tikmēr kritiskā siltuma plūsmā viršana notiek, ja virsma, kurā piegādā siltumu, lai izraisītu vārīšanos, uzkarst virs kritiskās temperatūras vērtības, veidojot tvaika slāni uz virsmas.

Vārīšanās punkts

Faktori, kas nosaka viršanas temperatūru

Atmosfēras spiediens

Atmosfēras spiediena palielināšanās izraisa viršanas temperatūras paaugstināšanos, jo, lai izlīdzinātu atmosfēras spiedienu, ir jāpalielina ūdens tvaika spiediens. Lai to panāktu, jāpalielina ūdens temperatūra, tāpēc nepieciešami lielāki kaloriju patēriņi.

Tieši pretēji, samazinoties atmosfēras spiedienam, kā tas notiek kalnos, kas atrodas lielā augstumā virs jūras līmeņa, viršanas temperatūra samazinās, jo ir nepieciešams zemāks tvaika spiediens nekā vienāds ar atmosfēras spiedienu.

Starpmolekulārie spēki

Šķīdumā esošajām molekulām ir vairāki mijiedarbības veidi, tai skaitā: dispersijas vai Londonas spēki, dipola-dipola spēki un ūdeņraža saites. Jo lielāks ir šo spēku lielums, jo augstāka ir viršanas temperatūra.

Lai pārtrauktu mijiedarbību starp molekulām, nepieciešama siltuma enerģija, lai tām būtu pietiekami daudz enerģijas viršanai. Piemēram: metilētera (C ₂ H ₆ O) viršanas temperatūra ir 25 ° C, bet etilētera (C ₄ H ₁₀ O) viršanas temperatūra ir 78,5 ° C.

Neskatoties uz to, ka viršanas temperatūrai ir līdzīga ķīmiskā struktūra, atšķirība ir izskaidrojama ar to, ka etilēterim ir lielāka molekulmasa; Viņi abi veido ūdeņraža saites, bet izkliedes spēki C ₄ H ₁₀ O ir stiprāki nekā C ₂ H ₆ O.

Atšķirība starp vārīšanos un iztvaikošanu

Vārīšanās cēlonis ir šķidrums netālu no siltuma avota, pēc tam izplatoties visā šķidruma tilpumā. Tas ir redzams šajā ilustrācijā:

Tikmēr iztvaikošana ir šķidruma virsmas parādība.

Iztvaikošana notiek, ja šķidruma molekulai gaisa un šķidruma saskarnē ir pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu uz to esošo virsmas spraigumu; tāpēc tas izkļūst no šķidruma sinusa un pāriet gāzveida fāzē.

Iztvaikošana var notikt jebkurā temperatūrā, bet tās rašanās iespēja palielinās līdz ar temperatūru. Šajā attēlā jūs varat redzēt, kā ūdens iztvaiko no zemes:

Vārīšanas piemēri

Sterilizācija tvaikos

To veic iekārtās, kuras sauc par autoklāvu un kurām ir spēja radīt lielu spiedienu, ko rada ūdens tvaiki, no kuriem nevar izkļūt. Tāpat palielinās ūdens viršanas temperatūra, kas ļauj sasniegt temperatūru virs 100 ºC.

Autoklāvā tiek sterilizēti audu kultūru materiāli, ķirurģiskie materiāli, materiāli laboratorijām, barotnes utt. Sterilizēšanai autoklāvā izmanto šādus nosacījumus: 15 mārciņas spiediena, temperatūra 121 ºC un ilgums 15 minūtes.

Ēdienu gatavošana

Ēdienu silda, ievietojot to ūdenī. Gatavošanas laikā tiek izmantota temperatūra, kas ir vienāda ar ūdens viršanas temperatūru (100 ºC). Pārtika tiek uzkarsēta laikā, ko norāda pieredze, lai sasniegtu optimālus apstākļus norīšanai.

Lai saglabātu ēdiena krāsu, tekstūru un garšu, ķīniešu ēdienos tiek vārīta un tvaicēta minimāli. Gatavošanas veids, kas pazīstams kā vārīšanās, izmanto temperatūru zem vārīšanās punkta. Ēdienu gatavošanai izmanto arī tvaiku.

Spiediena katls

Augstspiediena katlu izmanto ēdiena gatavošanā. Tās darbība ir balstīta uz spēju ierobežot ūdens tvaiku izplūdi atmosfērā, kas rada iekšējā spiediena palielināšanos.

Spiediena palielināšanās uz šķidruma virsmas katlā nozīmē viršanas temperatūras paaugstināšanos un sasniedz temperatūru virs 100 ºC. Tas samazina gatavošanas laiku un tādējādi ļauj ietaupīt degvielu.

Siltuma izkliedēšana

Ūdens tiek vārīts uz hidrofilām virsmām, lai atdzesētu kodolreaktorus un lieljaudas elektroniskās ierīces, tādējādi novēršot to pārkaršanu. Lai sasniegtu viršanas temperatūru un uzvārītu, ūdenim jāuztver siltums no apkārtnes, un tas pazemina tā temperatūru.

Izšķīdušo vielu molmasas noteikšana

Ūdens viršanas temperatūras paaugstināšana ir koleģiāla īpašība; un tāpēc ir atkarīgs no izšķīdušā šķīdinātāja koncentrācijas. Zinot to, var aprēķināt izšķīdušās vielas molmasu. Tomēr ir precīzākas metodes, piemēram, masu spektrometrija, kas joprojām ir noderīga metode.

Cukura rūpniecība

Rafinējot niedru cukuru kristāliskā cukura ražošanai, niedru sula tiek vārīta, un temperatūra, ko tā sasniedz, ir atkarīga no cukura koncentrācijas tajā.

Niedru sulas viršanas temperatūras paaugstināšanās ir cukura koncentrācijas mērījums šķīdumā. Šī ir svarīga informācija, lai panāktu cukura kristalizāciju.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 26. septembris). Vārīšanās definīcija ķīmijā. Atgūts no: domaco.com
3. Wikipedia. (2019. gads). Vārīšanās punkts. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (2019. gada 29. septembris). Vārīšanās. Atgūts no: chem.libretexts.org
5. Vārīšanās. Atgūts no: chem.purdue.edu
6. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2015. gada 19. maijs). Vārīšanās. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
7. Prof. Sofia Gutiérrez de Gamboa. (2008). Sterilizācija ar cilvēka karstumu. . Atgūts no: ucv.ve
8. Purdue universitāte. (2018. gada 30. aprīlis). Ūdeni atgrūdošas virsmas var efektīvi vārīt ūdeni, uzturēt elektroniku vēsu. ScienceDaily. Atgūts no: sciencedaily.com
9. Brennan, John. (2019. gads). Viršanas temperatūras paaugstināšanas lietojumi. zinātne.com. Atgūts no: sciencing.com