Испарение и кипение жидкостей

Молекулы жидкости находятся в непрерывном движении. Однако не все они движутся с одинаковыми скоростями. Некото­рая часть молекул обладает избыточным по сравнению со сред­ним значением количеством энергии и имеет большую скорость. Эти молекулы, достигая поверхности жидкости, способны преодо­леть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жид­кости. Жидкость испаряется. При движении молекул в направле­нии от поверхности жидкости скорость и кинетическая энергия их уменьшаются за счет преодоления сил притяжения со стороны молекул жидкости внутренних слоев.

Опыт показывает, что силы притяжения между молеку­лами жидкости при комнатной температуре в несколько раз пре­вышают среднюю кинетическую энергию, которой обладают ее молекулы, при этой же температуре. По этой при­чине подавляющее большинство молекул не покидает жидкость, так как они не обладают для этого необходимым количеством энергии. Если бы силы притяжения между молекулами жидкости

были много меньше, жид­кость при комнатной температуре испарялась бы мгновенно, и вещество существовало бы не в жидком, а в газообразном агрегатном состоянии.

Процесс испарения со­провождается охлаждени­ем, так как жидкость при испарении теряет наибо­лее быстрые («горячие») молекулы, а сами молеку­лы, преодолевая силы внутреннего притяжения, теряют значительное ко­личество своей кинетиче­ской энергии. При нагре­вании же одновременно с увеличением средней скорости движения молекул жидкости проис­ходит увеличение и числа молекул, покидающих жидкость: испа­рение увеличивается.

Испарение зависит также от давления и от общей поверхности испарения. Чем ниже давление и больше величина поверхности, тем интенсивнее идет процесс испарения. Если испарение проис­ходит в закрытом сосуде, оно прекращается, когда давление пара достигает некоторой определенной величины, характерной для каждой жидкости и температуры. Над жидкостью в этом случае устанавливается постоянная концентрация пара. Пар, находящий­ся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным, а давле­ние, которое он производит,— давлением насыщенного пара (рис. 1.6).

Таким образом, при постоянной температуре давление насыщен­ного пара данного вещества является величиной постоянной и ха­рактерной для него. При повышении температуры давление насы­щенного пара увеличивается.

Переход вещества из жидкого состояния в парообразное на­зывается парообразованием. Различают две формы этого процес­са: испарение и кипение. В первом случае парообразование происходит только со свободной поверхности жидкости. Во втором — не только с поверхности, но и во всем объеме жидкости путем образования пузырьков пара и выделения их. Давление насыщен­ного пара при этом равно внешнему давлению. Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой ки­пения.

Температура кипения жидкости изменяется с изменением внешнего давления. Если уменьшить последнее, то давление пара над жидкостью сравняется с внешним давлением при меньших значениях температуры, т. е. жид­кость в данном случае будет ки­петь при более низкой темпера­туре. Подобное явление можно наблюдать в горах, где давление воздуха значительно ниже нор­мального атмосферного давле­ния.

Количество теплоты, которое поглощается единицей массы ве­щества при изотермическом испа­рении, называют теплотой испа­рения. Различают удельную теп­лоту испарения (отнесенную к одному килограмму вещества) и молярную теплоту испарения (т. е. теплоту испарения одного мо­ля).

1.32