I.12.3. Vaporizarea și condensarea

Vaporizarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă (vapori), prin încălzire.

Condensarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare gazoasă în stare lichidă, prin răcire. Este fenomenul invers al vaporizării.

Vaporizarea poate avea loc în două moduri:

• Evaporarea este vaporizarea care are loc doar la suprafața lichidului.
• Fierberea este vaporizarea care are loc în toată masa lichidului și începe odată cu apariția primului clocot.

👀 Experiment: Cum grăbim evaporarea?
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție, când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!
🔥 Atenție! Alcoolul și acetona sunt substanțe inflamabile și stai departe de sursele de foc când lucrezi cu ele!

Materiale necesare:
Apă, alcool (spirt), acetonă, 3 sticle de ceas, pahar Berzelius, eprubetă, pipetă, trepied cu sită de azbest, spirtieră.

Descrierea experimentului:

• Toarnă în fiecare sticlă de ceas, cu ajutorul pipetei, câte o picătură din cele trei lichide și urmărește ordinea în care cele trei lichide "dispar" din sticlele de ceas.
• Ce observi ?

  Unele lichide se evaporă repede (acetona, alcoolul), altele se evaporă mai încet(apa).

Concluzia experimentului:
Viteza de evaporare depinde de natura lichidelor.

• Pune în cele două vase, care au gura diferită (eprubetă și sticlă de ceas), câte o picătură de alcool.
• Observă ordine evaporării alcoolului din cele două vase.
• Ce observi ?

  Alcoolul din sticla de ceas se evaporă foarte repede, iar cel din eprubetă se evaporă mai greu.

Concluzia experimentului:

Viteza de evaporare pentru același lichid este cu atât mai mare, cu cât suprafața de evaporare (gura vasului) este mai mare.

• Pune în cele două sticle de ceas câte o picătură de alcool.
• Dă deoparte o sticlă de ceas şi flutură cu un carton deasupra celeilalte sticle de ceas. Observă ordinea evaporării alcoolului din cele două vase.
• Ce observi ?

  Primul care se evaporă este alcoolul zvântat, apoi alcoolul care s-a lăsat liber.

Concluzia experimentului:
Prin zvântare sunt înlăturați vaporii de lichid de deasupra lichidului şi, astfel, crește viteza de evaporare.

• Pune pe două sticle de ceas câte o picătură de apă.
• Dă deoparte o sticlă de ceas şi aşază cealaltă sticlă de ceas pe sita de azbest și trepied, încălzind-o în flacăra unei spirtiere. Observă ordinea evaporării apei din cele două vase.
• Ce observi ?

  Cel mai repede se evaporă apa încălzită.

Concluzia experimentului:
Cu cât temperatura unui lichid este mai mare, cu atât el se evaporă mai repede.

Factorii ce influențează viteza de evaporare a unui lichid sunt:

• Natura substanței: unele substanțe (acetona, eterul, benzina, alcoolul etc.), numite lichide volatile se evaporă foarte repede, altele se evaporă mai încet (apa, uleiul).
• Gura vasului (suprafața de evaporare): cu cât este mai mare, evaporarea are loc mai repede.
• Zvântarea (suflarea) grăbește evaporarea, prin înlăturarea vaporilor de deasupra lichidului.
• Temperatura cu cât este mai mare, cu atât evaporarea are loc mai repede.

👀 Experiment: Anestezia locală

Materiale necesare:
Un termometru, vată sau pansament, alcool.

Descrierea experimentului:

• Citește temperatura aerului din cameră cu ajutorul termometrului.
• Înfășoară cu vată (sau pansament) rezervorul termometrului şi picură alcool pe acesta.
• Urmărește indicațiile termometrului până când vata cu alcool se usucă şi citește temperatura indicată de termometru.
• Ce observi ?

  Temperatura termometrului a scăzut.

Concluzia experimentului:
Când un lichid se evaporă el absoarbe căldură din mediul înconjurător (termometru).

Aplicații în viaţa cotidiană

Faptul că evaporarea necesită consum de căldură, adică evaporarea este însoțită de o scădere de temperatură, îşi găsește o serie de aplicații practice :

• stropitul străzilor vara, pentru a se produce o atmosferă mai răcoroasă;
• anestezia locală foloseşte, de asemenea, răcirea prin evaporare – prin răcire nervii locali amorțesc, nu mai transmit senzațiile dureroase la creier şi bolnavul nu mai simte durerea.
• în agricultură, un mijloc pentru reducerea evaporării apei din sol este aratul.

Aplicații în viaţa cotidiană

1. De ce ne răcorește ventilatorul?

Elicea ventilatorului îndepărtează vaporii de apă din jurul corpului nostru, crescând astfel viteza de evaporare a transpirației noastre, care absoarbe căldură la evaporare și ne dă senzația de răcorire.

2. De ce când ieșim din apă, avem senzație de frig?

Când ieșim din apă are loc evaporarea apei care absoarbe căldură de pe corpul nostru și determină scăderea temperaturii corpului.

3. Principiul anesteziei locale: pe o zonă a corpului se aplică un lichid volatil (ex lidocaină).

La evaporare absoarbe căldură, zona se răcește și nervii locali nu mai transmit durerea la creier.

4. Când suportăm mai bine canicula verii, când aerul este uscat sau umed?

Omul suportă mai ușor canicula când aerul este uscat (nu este saturat cu vapori de apă) întrucât transpirația de pe noi se poate evapora mai ușor, absoarbe căldură la evaporare și ne răcorește.

👀 Experiment: Cum fierbe apa?
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție, când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Materiale necesare:
Pahar Erlenmeyer cu apă distilată, spirtieră, trepied, sită de azbest, dop cu termometru, cronometru.

Descrierea experimentului:

• Pune paharul cu apă pe sită și trepied.
• Măsoară temperatura inițială a apei.
• Aprinde spirtiera și pornește cronometrul la începerea încălzirii apei.
• Măsoară timpul la fiecare creștere a temperaturii apei cu 10°C și trece datele în următorul tabel:

• Ce observi ?

  Apa începe să fiarbă la 100 °C. Pe parcursul fierberii, temperatura apei rămâne la 100 °C, chiar dacă noi vom continua încălzirea.

• Reprezintă graficul dependenței temperaturii în funcție de timp.

• Fenomenele corespunzătoare fiecărui segment sunt :

  • AB, BC, CD reprezintă evaporarea apei
  • DE reprezintă fierberea apei

Legile fierberii:

I. Fiecare lichid începe să fiarbă la o anumită temperatură numită temperatură de fierbere, T_f care este o constantă de material (tabel).

🔦 Observaţie

Temperaturile de fierbere din tabelul cu constantele de material sunt pentru presiuni normale. La creșterea presiunii, temperatura de fierbere crește. Astfel dacă fierbem apa în vase ermetic închise, ea nu va mai fierbe la 100 °C, ci la 120-140 °C. Pe această proprietate se bazează fierberea rapidă a legumelor tari în oalele sub presiune (oale minune) și sterilizarea instrumentelor medicale în autoclave.

Oala sub presiune

Autoclava

Legile fierberii:

II. Pe parcursul fierberii unui lichid (de la primul clocot până la vaporizarea completă) temperatura de fierbere este constantă, la aceeași presiune.

👀 Experiment: Fierberea apei sub presiune
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție, când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!
🔥 Atenție! Fierberea apei la presiuni mari este periculoasă!

Materiale necesare:
Pahar Erlenmeyer cu apă distilată, spirtieră, trepied, sită de azbest, dop cu termometru și tub, dop pentru tub.

Descrierea experimentului:

• Pune paharul cu apă pe sită și trepied și încălzește-l la spirtieră.
• Pune dopul la gura tubului gâtuind ieșirea vaporilor din vas pentru a mări presiunea la suprafața apei.
• Observă la ce temperatură fierbe apa.
• Ce observi ?

  Apa fierbe la o temperatură mai mare decât temperatura ei de fierbere (103 °C).

Concluzia experimentului:
La creșterea presiunii crește și temperatura de fierbere a apei.

👀 Experiment: Poate apa să fiarbă la 60 °C?
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție, când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Materiale necesare: apă caldă la 60 °C, seringă cu tub, termometru.

Descrierea experimentului:

• Trage apa caldă (la 60 °C) în seringă.
• Întoarce seringa cu tubul în sus și elimină aerul din seringă și tub.
• Închide tubul prin îndoirea lui.
• Trage pistonul seringii în jos pentru a micșora presiunea deasupra apei.
• Observă ce se întâmplă cu apa din seringă.
• Ce observi ?

  Apa fierbe la 60 °C.

Concluzia experimentului:
La scăderea presiunii scade și temperatura de fierbere a apei.
Pe vârful Everest (8848 m) apa fierbe la 69 °C. În vid (presiune atmosferică zero) apa poate fierbe la 0 °C.

👀 Experiment: Condensarea apei

Materiale necesare:
Pahar, congelator.

Descrierea experimentului:

• Ia un pahar curat și uscat și pune-l la congelator, timp de 10-15 minute.
• Scoate paharul din congelator.
• Ce observi pe pereții săi după câteva minute?

  Pe pereții paharului sunt picături de apă.

Concluzia experimentului:
Apa apărută de nicăieri s-a format prin condensarea vaporilor de apă din cameră, care venind în contact cu pereții reci ai paharului, se răcesc și se transformă în picături mici de apă.