Испарение и кипение жидкости

Испарение – это процесс перехода молекул жидкости в парообразное состояние. Различают две формы парообразования: испарение, наблюдаемое при любых температурах на свободной поверхности тела, и кипение – парообразование, перенесенное во внутренние слои жидкости при определенной температуре (t_кип.).

Процесс можно истолковать на основе кинетической теории. Некоторые молекулы жидкости, попадая в поверхностный слой, обладают достаточной кинетической энергией для преодоления межмолекулярного притяжения и вырываются в пространство над жидкостью, образуя пар. Одновременно некоторые молекулы пара, приближаясь к поверхности, могут быть снова втянуты в жидкость. При равенстве числа испаряющихся и конденсирующихся молекул между паром и жидкостью наступает состояние динамического равновесия. Пар, находящийся при данной постоянной температуре в динамическом равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Давление, создаваемое этим паром, называется давлением (упругостью) насыщенного пара. Оно зависит от природы жидкости и температуры, но не зависит от количества жидкости.

Повышение температуры приводит к увеличению давления насыщенного пара. При этом возрастает скорость испарения. При выравнивании значений давления насыщенного пара и внешнего давления скорость испарения становится максимальной и парообразование переносится во внутренние слои жидкости - наступает кипение. Непременное условие кипения – выравнивание значений давления насыщенного пара и давления окружающей среды (атмосферного давления при кипении в открытой емкости). Температура, при которой давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению, называется температурой кипения. Температура, при которой вещество кипит при нормальном внешнем давлении, называется нормальной температурой кипения, она зависит только от природы вещества и является его физико-химической характеристикой.

Парообразование сопровождается охлаждением тела, т.к. оно теряет более энергоёмкие (горячие) молекулы. Для поддержания парообразования необходим постоянный приток энергии. Количество энергии, необходимой для изотермического испарения 1 кг вещества, называется удельной теплотой парообразования; если рассматривается 1 моль вещества, то теплота парообразования называется молярной. Нормальные молярные теплоты испарения (при нормальной температуре кипения) неполярных веществ могут быть рассчитаны с помощью эмпирического уравнения Троутона: Q_исп. = k∙Т_кип. (Дж/моль), где Т – абсолютная нормальная температура кипения; k – константа Троутона, которую можно вычислить по формуле k=36,61+19,14ℓgТ_кип..