Parowanie

Zobacz także: Kinetyczna teoria gazów

Aby cząsteczki cieczy mogły odparować, muszą znajdować się blisko powierzchni, muszą poruszać się w odpowiednim kierunku i mieć wystarczającą energię kinetyczną do pokonania sił międzycząsteczkowych w fazie ciekłej. Gdy tylko niewielka część cząsteczek spełnia te kryteria, szybkość parowania jest niska. Ponieważ energia kinetyczna cząsteczki jest proporcjonalna do jej temperatury, parowanie przebiega szybciej w wyższych temperaturach. Ponieważ szybciej poruszające się molekuły uciekają, pozostałe molekuły mają niższą średnią energię kinetyczną, a temperatura cieczy spada. Zjawisko to nazywane jest również chłodzeniem ewaporacyjnym. Dlatego właśnie parujący pot chłodzi ludzkie ciało. Parowanie ma również tendencję do szybszego przebiegu przy większych prędkościach przepływu między fazą gazową i ciekłą oraz w cieczach o wyższym ciśnieniu pary. Na przykład, pranie na linii ubrań wyschnie (przez odparowanie) szybciej w wietrzny dzień niż w dzień spokojny. Trzy kluczowe części parowania to ciepło, ciśnienie atmosferyczne (określa procent wilgotności) i ruch powietrza.

Na poziomie molekularnym nie ma ścisłej granicy między stanem ciekłym a stanem pary. Zamiast tego, istnieje warstwa Knudsena, gdzie faza jest nieokreślona. Ponieważ warstwa ta ma grubość zaledwie kilku molekuł, w skali makroskopowej nie widać wyraźnego interfejsu przejścia fazowego.

Płyny, które nie parują w widoczny sposób w danej temperaturze w danym gazie (np. olej spożywczy w temperaturze pokojowej) mają molekuły, które nie mają tendencji do przekazywania sobie energii w sposób wystarczający do częstego przekazywania molekule energii cieplnej niezbędnej do przekształcenia się w parę. Niemniej jednak, te ciecze parują. Po prostu proces ten jest znacznie wolniejszy, a przez to znacznie mniej widoczny.

Równowaga parowania

Ciśnienie pary wody w funkcji temperatury. 760 Torr = 1 atm.

Jeśli parowanie odbywa się w zamkniętym obszarze, uciekające cząsteczki gromadzą się jako para nad cieczą. Wiele z tych cząsteczek powraca do cieczy, przy czym powracające cząsteczki stają się coraz częstsze wraz ze wzrostem gęstości i ciśnienia pary. Kiedy proces ucieczki i powrotu osiąga równowagę, mówi się, że para jest „nasycona” i nie nastąpi dalsza zmiana ciśnienia i gęstości pary lub temperatury cieczy. Dla układu składającego się z pary i cieczy czystej substancji, ten stan równowagi jest bezpośrednio związany z ciśnieniem pary substancji, jak podano w relacji Clausiusa-Clapeyrona:

ln ( P 2 P 1 ) = – Δ H v a p R ( 1 T 2 – 1 T 1 ) { {displaystyle ln ̇left({frac {P_{2}}{P_{1}}}}}}}right)=-{delta H_{vap}}{R}}}}left({frac {1}{T_{2}}}-{frac {1}{T_{1}}}}}}right)}

\ln \left( \frac{ P_2 }{ P_1 } \right) = - \frac{ \Delta H_{ vap } }{ R }

gdzie P1, P2 są ciśnieniami pary odpowiednio w temperaturach T1, T2, ΔHvap jest entalpią parowania, a R jest uniwersalną stałą gazową. Szybkość parowania w układzie otwartym jest związana z ciśnieniem pary występującym w układzie zamkniętym. Jeśli ciecz jest podgrzewana, gdy ciśnienie pary osiągnie ciśnienie otoczenia ciecz będzie gotować.

Zdolność do cząsteczki cieczy do odparowania jest oparta w dużej mierze na ilości energii kinetycznej indywidualnej cząsteczki może posiadać. Nawet w niższych temperaturach, poszczególne cząsteczki cieczy mogą parować, jeśli mają więcej niż minimalna ilość energii kinetycznej wymaganej do parowania.

.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *