Tout le monde sait que si vous étendez votre linge lavé, il sèchera. Et il est également évident qu’un trottoir mouillé deviendra définitivement sec après la pluie.
L'évaporation est le processus par lequel un liquide se transforme progressivement en air sous forme de vapeur ou de gaz. Tous les liquides s'évaporent à des vitesses différentes. L'alcool, l'ammoniac et le kérosène s'évaporent plus rapidement que l'eau.
Deux forces agissent sur les molécules qui composent toutes les substances. Le premier est la cohésion qui les unit. L’autre est le mouvement thermique des molécules, qui les fait se séparer dans des directions différentes. Lorsque ces deux forces s’équilibrent, nous avons un liquide.
A la surface d’un liquide, ses molécules sont en mouvement. Ces molécules, qui se déplacent plus rapidement que leurs voisines du dessous, peuvent voler dans l’air, surmontant les forces d’adhésion. C'est l'évaporation.
Lorsque le liquide est chauffé, l'évaporation se produit plus rapidement. Cela se produit parce que dans un liquide chaud, la vitesse du mouvement moléculaire est plus grande et davantage de molécules ont la chance de quitter le liquide. Il n'y a pas d'évaporation dans un récipient fermé. Cela se produit parce que le nombre de molécules dans une paire atteint un certain niveau. Le nombre de molécules quittant le liquide sera alors égal au nombre de molécules qui y retournent. Lorsque cela se produit, on peut dire que la vapeur a atteint son point de saturation.
Lorsque l’air au-dessus du liquide se déplace, le taux d’évaporation augmente. Plus la surface du liquide qui s'évapore est grande, plus l'évaporation se produit rapidement. L'eau d'une poêle ronde s'évapore plus rapidement que celle d'une carafe haute.
Où va l’eau lorsqu’elle sèche ?
En regardant dehors ou en regardant la route, vous y avez vu de l'eau. Une heure de soleil éclatant et l’eau disparaît ! Ou, par exemple, le linge suspendu à une corde sèche en fin de journée. Où va l’eau ?
On dit que l'eau s'évapore. Mais qu’est-ce que cela signifie ? L'évaporation est le processus par lequel un liquide présent dans l'air devient rapidement un gaz ou une vapeur. De nombreux liquides s’évaporent très rapidement, bien plus vite que l’eau. Cela s'applique à l'alcool, à l'essence et à l'ammoniac. Certains liquides, comme le mercure, s'évaporent très lentement.
Qu’est-ce qui cause l’évaporation ? Pour comprendre cela, vous devez comprendre quelque chose sur la nature de la matière. À notre connaissance, toute substance est constituée de molécules. Deux forces agissent sur ces molécules. L’un d’eux est la cohésion, qui les attire les uns vers les autres. L’autre est le mouvement thermique des molécules individuelles, qui les fait se séparer.
Si la force d’adhérence est plus élevée, la substance reste à l’état solide. Si le mouvement thermique est si fort qu’il dépasse la cohésion, alors la substance devient ou est un gaz. Si les deux forces sont à peu près équilibrées, alors nous avons un liquide.
L’eau est bien entendu un liquide. Mais à la surface d’un liquide se trouvent des molécules qui se déplacent si vite qu’elles surmontent la force d’adhésion et s’envolent dans l’espace. Le processus de sortie des molécules est appelé évaporation.
Pourquoi l’eau s’évapore-t-elle plus rapidement lorsqu’elle est exposée au soleil ou réchauffée ? Plus la température est élevée, plus le mouvement thermique dans le liquide est intense. Cela signifie que de plus en plus de molécules gagnent suffisamment de vitesse pour s'envoler. À mesure que les molécules les plus rapides s’envolent, la vitesse des molécules restantes ralentit en moyenne. Pourquoi le liquide restant refroidit-il par évaporation ?
Ainsi, lorsque l’eau s’assèche, cela signifie qu’elle s’est transformée en gaz ou en vapeur et qu’elle fait désormais partie de l’air.
La théorie scientifique nous permet non seulement de comprendre pourquoi une substance peut être à l’état gazeux, liquide et solide, mais aussi d’expliquer le processus de transition d’une substance d’un état à un autre.
L'évaporation est le processus par lequel un liquide se transforme progressivement en air sous forme de vapeur ou de gaz.
Tous les liquides s'évaporent, mais à des rythmes différents.
Les molécules liquides se déplacent de manière aléatoire.
À la surface d’un liquide, ses molécules se déplacent plus rapidement que celles situées en dessous et peuvent voler dans l’air, surmontant les forces d’adhésion. C'est l'évaporation.
Lorsque le liquide est chauffé, l'évaporation se produit plus rapidement - dans un liquide chaud, la vitesse de déplacement des molécules est plus grande, plus de molécules ont une chance de quitter le liquide. La molécule éjectée participe au mouvement thermique aléatoire du gaz. Se déplaçant de manière aléatoire, il peut s'éloigner pour toujours de la surface du liquide dans un récipient ouvert, mais il peut également retourner dans le liquide.
Il n’y a pas d’évaporation dans un récipient fermé car la vapeur atteint rapidement le point de saturation, lorsque le nombre de molécules sortant du liquide est égal au nombre de molécules qui y retournent.
Si l'air au-dessus du liquide se déplace, le taux d'évaporation augmente, car le flux d'air au-dessus du récipient emporte les vapeurs de liquide résultantes. Plus la surface du liquide qui s'évapore est grande, plus l'évaporation se produit rapidement. L'eau d'une poêle ronde s'évapore plus rapidement que celle d'une carafe haute.
Lorsqu'un liquide s'évapore, des molécules plus rapides le quittent, de sorte que l'énergie cinétique moyenne des molécules liquides diminue. Cela signifie que la température du liquide diminue. En mouillant votre main avec un liquide à évaporation rapide (alcool, acétone), vous ressentirez un fort refroidissement de la zone mouillée. Le refroidissement augmentera si vous soufflez sur votre main.
Cycle de l'eau dans la nature
En cas de chaleur extrême, les rivières, les étangs et les lacs deviennent peu profonds, l'eau s'évapore, c'est-à-dire qu'elle passe de l'état liquide à l'état gazeux - elle se transforme en vapeur invisible. La teneur en vapeur d’eau de l’air est appelée humidité de l’air. Cela dépend de la température. Ainsi, l'air à une température de +20 degrés Celsius contient 4 fois plus d'eau qu'à 0 degré Celsius. La chaleur est à l'origine de ce phénomène. Pendant la journée, l'eau des flaques d'eau, des étangs, des lacs, des rivières, des mers, l'humidité contenue dans les plantes est chauffée par le Soleil et s'évapore d'autant plus vite qu'elle se réchauffe. Vous pouvez le remarquer si deux assiettes identiques sont remplies de quantités d’eau différentes et que l’une d’elles est placée au soleil et l’autre à l’ombre. Là où l'eau est chauffée par les rayons du soleil, elle s'évapore sensiblement plus rapidement. Accélère l'évaporation et le vent. Un morceau de papier mouillé dans le vent sèchera plus vite qu’un autre laissé là où l’air est calme et immobile.
L'eau s'évapore plus rapidement et là où l'air ambiant est plus sec. Lors des journées chaudes et sèches, une personne transpire, mais la sueur ne la dérange pas beaucoup : elle sèche instantanément. Et quand il fait chaud et humide, même vos vêtements sont mouillés par la sueur. Mais si l’humidité s’évapore constamment des mers, des rivières, des lacs, si elle quitte les plantes et disparaît dans l’atmosphère, alors pourquoi la Terre ne se dessèche-t-elle pas ?
Cela ne se produit pas car l’eau suit un cycle constant. Après s'être évaporé, il monte avec l'air chauffé, prenant la forme de minuscules gouttelettes.
Plus de 70 % de la surface du globe est recouverte par les eaux des océans de la planète. Mais il fut un temps où il n’y avait pas de mer du tout. Les scientifiques pensent qu’il y a environ 3 500 millions d’années, notre Terre était très chaude et entourée d’énormes nuages de vapeur. Peu à peu, la terre s'est refroidie et la vapeur qui l'entourait s'est également refroidie. En refroidissant, la vapeur s'est transformée en eau dans l'atmosphère terrestre et a rempli les dépressions de la surface terrestre, formant ainsi les premières mers de la planète.
L'eau sur Terre se déplace constamment d'un endroit à un autre :
1. De minuscules particules d’eau, invisibles à l’œil nu, s’évaporent continuellement de la surface de la mer. Ils font partie de l’air qui nous entoure sous forme de vapeur d’eau.
2. Il s’agit d’un processus d’évaporation. L'eau se transforme en vapeur d'eau à la surface des réservoirs dans presque tous les temps. Mais dans la chaleur de l’été, ce processus est beaucoup plus rapide et intense.
3. L’air monte vers le haut et devient plus froid. Une fois à haute altitude, la vapeur d’eau se condense en minuscules gouttelettes d’eau qui pendent dans l’air sous forme de nuages.
4. Le vent transporte les nuages dans le ciel.
5. Les minuscules gouttelettes qui forment les nuages se combinent les unes aux autres - les scientifiques ignorent exactement comment cela se produit - et tombent sur le sol sous forme de pluie.
6. Si l'air est très froid, les gouttelettes contenues dans les nuages gèlent et tombent sous forme de flocons de neige.
7. Il y a de la neige au sommet des montagnes toute l'année. De là, de petits ruisseaux dévalent les pentes des montagnes, alimentés par la fonte des neiges.
8. D'autres ruisseaux sont alimentés par l'eau de pluie. Tous ces ruisseaux et ruisseaux finissent par se jeter dans de grandes rivières.
9. Les rivières descendent des montagnes et finissent par se jeter dans la mer. Ainsi, l'eau qui s'est évaporée de la surface de notre planète y retourne.
Le processus d’évaporation est un phénomène physique et chimique très intéressant ; il est intéressant d’observer et de noter à quelle fréquence il se produit dans nos vies.
Je pense que la science utilisera plus d'une fois le processus d'évaporation au profit de l'homme et de notre planète.
Chapitre II « Expériences pratiques »
EXPÉRIENCE N°1 « Dépendance du taux d'évaporation sur divers facteurs »
1. Dépendance de l'évaporation à la température
Équipement:
▪ 2 verres du même volume
▪ 2 soucoupes de diamètres différents
▪ 2 feuilles de papier
▪ thermomètre pour liquides
Déroulement de l'expérience :
Versez de l'eau froide et chaude dans deux verres identiques. Notez le niveau d'eau dans les verres. Après 12 minutes, l'eau contenue dans le verre chaud s'évaporera plus rapidement.
Conclusion : Cela se produit parce que dans un liquide chauffé, les molécules augmentent leur vitesse sous l'influence d'une température élevée. Ils se poussent si fort que certains s'échappent et se dispersent entre les molécules d'air sous forme de vapeur d'eau.
2. Dépendance de l'évaporation sur la surface de la surface évaporée si la température du liquide est la même.
Déroulement de l'expérience :
Versez de l'eau chaude (pour accélérer le processus de l'expérience) dans des soucoupes de différents diamètres. Notez le niveau d'eau. Au bout de 10 minutes, l'eau dans la grande soucoupe s'est évaporée plus rapidement (le volume de liquide est devenu plus petit).
Conclusion : Plus la surface du liquide qui s'évapore est grande, plus l'évaporation se produit rapidement, car le nombre de molécules qui s'évaporent sera plus grande sur une plus grande surface.
3. Dépendance de l'évaporation au vent.
Déroulement de l'expérience :
Mouillez deux feuilles de papier identiques avec de l'eau. Laissons l'un sécher à l'air libre et utilisons un sèche-cheveux pour diriger un flux d'air froid vers l'autre. Au bout de 10 minutes, la feuille est devenue sèche, mais l'autre est restée humide pendant encore une heure.
Conclusion : Si l'air au-dessus du liquide se déplace, le taux d'évaporation augmente, car le flux d'air aide les molécules du liquide à se détacher de la surface et à entrer dans l'état de vapeur. L'air chaud accélérera ce processus.
4. Dépendance de l'évaporation selon le type de substance.
Déroulement de l'expérience :
On mouille deux feuilles de papier avec des liquides différents : de l'eau et de l'alcool. Au bout de 3 minutes, l'alcool de la feuille s'est complètement évaporé ; la feuille, humidifiée avec de l'eau, est restée humide pendant 20 minutes.
Conclusion : Le processus d'évaporation des substances n'est pas le même. Cela dépend des forces qui retiennent les molécules de cette substance.
Le taux d’évaporation peut être modifié en connaissant les facteurs qui influencent ce processus !
EXPÉRIENCE N°2 « Isolement d'une substance d'une solution. Cristallisation du sucre.
Requis:
▪ Verre
▪ Eau chaude
▪ Cuillère à café
▪ Fil de coton épais de 10 cm de long.
▪ Trombone
▪ Crayon
Déroulement de l'expérience :
1. Versez de l'eau chaude dans une tasse et, en remuant avec une cuillère, ajoutez le sucre jusqu'à ce qu'il cesse de se dissoudre. Cela doit être fait rapidement pour que l'eau n'ait pas le temps de refroidir et de dissoudre davantage de sucre.
2. Versez la solution dans un verre.
3. Attachez une extrémité au milieu du crayon et l'autre à un trombone.
4. Placez le crayon sur le verre de manière à ce que le fil soit immergé dans la solution en restant tendu.
5. Placez le verre dans un endroit frais et laissez-le pendant une journée.
Résultat : Des cristaux de sucre se forment sur le fil.
Conclusion : L'eau chaude a contribué à créer une solution sursaturée. Lorsque l’eau refroidissait, elle ne pouvait plus contenir autant de sucre et l’excès formait des cristaux. Lorsqu'une solution sursaturée refroidit, une partie du soluté est libérée du solvant (eau) sous forme de cristaux. L'eau est un excellent solvant, mais il existe de nombreuses solutions dans lesquelles l'alcool est le solvant : parfums, vernis, adhésifs. Les avantages de ces produits (l'arôme des parfums, l'imperméabilité des vernis, le pouvoir liant des adhésifs) sont liés au fait que l'alcool s'évapore rapidement, laissant des substances dissoutes en surface.
L'évaporation permet de séparer les substances de la solution !
Conclusion
En travaillant sur le thème de l'évaporation, j'ai trouvé des réponses à mes questions. J'ai appris comment se produit l'évaporation, que le taux d'évaporation des substances est différent. Les gens utilisent activement le processus d'évaporation dans leur vie, l'utilisent dans la production de divers mécanismes et machines et l'utilisent dans la vie quotidienne. Dans la nature, ce processus se produit quelle que soit l'activité humaine, et la tâche de l'homme n'est pas de perturber ce processus. Pour ce faire, il faut aimer la nature et aimer notre Terre ! Les expériences que j'ai faites étaient très intéressantes et je pense que de nombreuses autres expériences peuvent être réalisées sur ce sujet. De nos jours, lorsque je regarde Discovery ou lis des livres, je fais toujours attention à l'évaporation qui se produit dans la nature ou dans la vie humaine, et je suis heureux d'en savoir déjà autant à ce sujet !
Comme dans tout autre liquide, il existe des énergies dont l'énergie leur permet de vaincre l'attraction intermoléculaire. Ces molécules accélèrent avec force et volent vers la surface. Par conséquent, si vous couvrez un verre d'eau avec une serviette en papier, il deviendra un peu humide au bout d'un moment. Mais l’évaporation de l’eau se produit à des rythmes différents selon les conditions. Les principales caractéristiques physiques qui influencent la vitesse de ce processus et sa durée sont la densité de la substance, la température, la surface et la présence. Plus la densité de la substance est grande, plus les molécules sont proches les unes des autres. Cela signifie qu'il leur est plus difficile de surmonter l'attraction intermoléculaire et qu'ils volent vers la surface en nombre beaucoup plus petit. Si vous placez deux liquides de densités différentes (par exemple, l'eau et le méthyle) dans les mêmes conditions, celui de densité inférieure s'évaporera plus rapidement. La densité de l'eau est de 0,99 g/cm3 et celle du méthyle est de 0,79 g/cm3. Le méthanol s’évapore donc plus rapidement. La température est un facteur tout aussi important qui influence le taux d’évaporation de l’eau. Comme déjà mentionné, l'évaporation se produit à n'importe quelle température, mais à mesure qu'elle augmente, la vitesse de déplacement des molécules augmente et celles-ci quittent le liquide en plus grand nombre. D'où la brûlure eau s'évapore plus rapidement que l'eau froide. L'intensité de l'évaporation de l'eau dépend également de sa surface. L'eau versée dans une bouteille à col étroit s'évapore car... les molécules éjectées se déposeront sur les parois de la bouteille en se rétrécissant vers le haut et reculeront. Et les molécules d'eau dans la soucoupe quitteront librement le liquide. Le processus d'évaporation s'accélérera considérablement si les courants d'air se déplacent sur la surface à partir de laquelle se produit l'évaporation. Le fait est qu'en plus des molécules quittant le liquide, elles y reviennent. Et plus la circulation de l’air est forte, moins il y a de molécules qui retombent dans l’eau. Cela signifie que son volume diminuera rapidement.
Sources :
- évaporation de l'eau
Les scientifiques s’intéressent depuis de nombreuses années aux diverses propriétés de l’eau. L'eau peut être dans différents états : solide, liquide et gazeux. À température moyenne normale, l’eau apparaît sous forme liquide. Vous pouvez le boire et arroser les plantes avec. L'eau peut se répandre et occuper certaines surfaces et prendre la forme des vaisseaux dans lesquels elle se trouve. Alors pourquoi l’eau est-elle liquide ?
L'eau a une structure particulière grâce à laquelle elle prend la forme d'un liquide. Il peut verser, couler et s'égoutter. Les cristaux de solides ont une structure strictement ordonnée. Dans les substances gazeuses, la structure s'exprime comme un chaos complet. L'eau est une structure intermédiaire entre une substance gazeuse. Les particules dans la structure de l’eau sont situées à de courtes distances les unes des autres et sont relativement ordonnées. Mais à mesure que les particules s’éloignent les unes des autres au fil du temps, l’ordre de la structure disparaît rapidement.
Les forces d'influence interatomique et intermoléculaire déterminent la distance moyenne entre les particules. Les molécules d'eau sont constituées d'atomes d'oxygène et d'hydrogène, les atomes d'oxygène d'une molécule étant attirés par les atomes d'hydrogène d'une autre molécule. Des liaisons hydrogène se forment, ce qui confère à l'eau certaines propriétés de fluidité, tandis que la structure de l'eau elle-même est presque identique à la structure du cristal. Grâce à de nombreuses expériences, l'eau définit elle-même sa propre structure dans un volume libre.
Lorsque l’eau se combine avec des surfaces solides, la structure de l’eau commence à se combiner avec celle de la surface. Puisque la structure de la couche d’eau adjacente reste inchangée, ses propriétés physiques commencent à changer. La viscosité de l'eau change. Il devient possible de dissoudre des substances ayant une certaine structure et propriétés. L'eau est initialement un liquide clair et incolore. Les propriétés physiques de l'eau peuvent être qualifiées d'anormales, car son point d'ébullition et de congélation est assez élevé.
L'eau a une tension superficielle. Par exemple, il a des points de congélation et d’ébullition anormalement élevés, ainsi qu’une tension superficielle. Les taux d’évaporation et de fusion spécifiques de l’eau sont nettement supérieurs à ceux de toute autre substance. La caractéristique étonnante est que la densité de l’eau est supérieure à celle de la glace, ce qui permet à la glace de flotter à la surface de l’eau. Toutes ces merveilleuses propriétés de l'eau en tant que liquide s'expliquent à nouveau par l'existence de ces liaisons hydrogène par lesquelles les molécules sont reliées.
La structure d'une molécule d'eau de trois atomes dans la projection géométrique d'un tétraèdre conduit à l'émergence d'une très forte attraction mutuelle des molécules d'eau les unes vers les autres. Tout dépend des liaisons hydrogène des molécules, car chaque molécule peut former quatre liaisons hydrogène absolument identiques avec d'autres molécules d'eau. Ce fait explique que l'eau est liquide.
Ce n'est un secret pour personne que l'eau douce
Dans la nature, la technologie et la vie quotidienne, nous observons souvent la transformation de corps liquides et solides à l’état gazeux. Par une journée d'été claire, les flaques d'eau laissées après la pluie et le linge mouillé sèchent rapidement. En diminuant avec le temps, les morceaux de neige carbonique disparaissent, les morceaux de naphtalène « fondent », que l'on saupoudre sur les articles en laine, etc. Dans tous ces cas, on observe une vaporisation - la transition de substances à l'état gazeux - de la vapeur.
Il existe deux manières pour un liquide de passer à l’état gazeux : l’évaporation et l’ébullition. L'évaporation se produit à partir d'une surface libre ouverte séparant le liquide du gaz, par exemple de la surface d'un récipient ouvert, de la surface d'un réservoir, etc. L'évaporation se produit à n'importe quelle température, mais pour tout liquide, son taux augmente avec l'augmentation de la température. Le volume occupé par une masse donnée de substance augmente brusquement lors de l'évaporation.
Deux cas principaux doivent être distingués. La première se produit lorsque l’évaporation se produit dans un récipient fermé et que la température en tous points du récipient est la même. Par exemple, l'eau s'évapore à l'intérieur d'une chaudière à vapeur ou dans une bouilloire fermée par un couvercle si la température de l'eau et de la vapeur est inférieure au point d'ébullition. Dans ce cas, le volume de vapeur généré est limité par l'espace de la cuve. La pression de vapeur atteint une certaine valeur limite à laquelle elle est en équilibre thermique avec le liquide ; cette vapeur est dite saturée et sa pression est appelée pression de vapeur.
Le deuxième cas est celui où l'espace au-dessus du liquide n'est pas fermé ; C'est ainsi que l'eau s'évapore de la surface du bassin. Ici, l'équilibre n'est presque jamais atteint et la vapeur est insaturée, et le taux d'évaporation dépend de nombreux facteurs.
Une mesure du taux d’évaporation est la quantité de substance s’échappant par unité de temps d’une unité de surface libre du liquide. John Dalton, physicien et chimiste anglais, a découvert au début du XIXe siècle que le taux d'évaporation est proportionnel à la différence entre la pression de la vapeur saturée à la température du liquide qui s'évapore et la pression réelle de la vapeur réelle qui existe. au-dessus du liquide. Si le liquide et la vapeur sont en équilibre, alors le taux d’évaporation est nul. Exactement, cela arrive, mais le processus inverse – la condensation – se produit également à la même vitesse. Le taux d'évaporation dépend également du fait qu'elle se produise dans une atmosphère calme ou en mouvement ; sa vitesse augmente si la vapeur résultante est emportée par un courant d'air ou pompée par une pompe.
Si l'évaporation se produit à partir d'une solution liquide, différentes substances s'évaporent à des vitesses différentes. Le taux d'évaporation d'une substance donnée diminue avec l'augmentation de la pression des gaz spatiaux, tels que l'air. Par conséquent, l’évaporation dans le vide se produit à la vitesse la plus élevée. Au contraire, en ajoutant un gaz inerte étranger au récipient, l’évaporation peut être considérablement ralentie. .
Lors de l'évaporation, les molécules qui s'échappent d'un liquide doivent vaincre l'attraction des molécules voisines et lutter contre les forces de tension superficielle qui les retiennent dans la couche superficielle. Par conséquent, pour que l’évaporation se produise, la chaleur doit être transmise à la substance qui s’évapore, en la puisant dans la réserve d’énergie interne du liquide lui-même ou en la retirant des corps environnants. La quantité de chaleur qui doit être transmise à un liquide à une température et une pression données afin de le convertir en vapeur à cette température et cette pression est appelée chaleur de vaporisation. La pression de vapeur augmente avec l'augmentation de la température, d'autant plus que la chaleur d'évaporation est élevée.
Si le liquide qui s'évapore n'est pas alimenté en chaleur de l'extérieur ou est insuffisamment alimenté, le liquide se refroidit. En forçant un liquide placé dans un récipient aux parois non conductrices de chaleur à s'évaporer intensément, il est possible d'obtenir un refroidissement important. Selon la théorie cinétique, lors de l'évaporation, des molécules plus rapides s'échappent de la surface du liquide ; l'énergie moyenne des molécules restant dans le liquide diminue.
L'évaporation s'accompagne d'une diminution de la quantité de substance et d'une diminution de sa température. Lorsqu’un liquide s’évapore, certaines des molécules les plus rapides peuvent s’envoler de la couche superficielle. Ces molécules ont une énergie cinétique supérieure ou égale au travail qui doit être effectué contre les forces de cohésion qui les maintiennent à l'intérieur du liquide. Dans ce cas, la température du liquide, déterminée par la vitesse moyenne du mouvement aléatoire des molécules, diminue. Une diminution de la température du liquide indique que l'énergie interne du liquide qui s'évapore diminue. Une partie de cette énergie est dépensée pour vaincre les forces d'adhésion et pour effectuer le travail de la vapeur en expansion contre la pression externe. D'autre part, il y a une augmentation de l'énergie interne de la partie de la substance qui s'est transformée en vapeur en raison d'une augmentation de la distance entre les molécules de vapeur par rapport à la distance entre les molécules liquides. Par conséquent, l’énergie interne d’une unité de masse de vapeur est supérieure à l’énergie interne d’une unité de masse de liquide à la même température.
Parfois, l'évaporation est également appelée sublimation, ou sublimation, c'est-à-dire la transition d'un solide à l'état gazeux, en contournant l'étape liquide. Presque tous leurs modèles sont vraiment similaires. La chaleur de sublimation est supérieure à la chaleur d’évaporation d’environ la chaleur de fusion.
À des températures inférieures au point de fusion, la pression de vapeur saturée de la plupart des solides est très faible et il n’y a pratiquement pas d’évaporation. Il existe cependant des exceptions. Ainsi, l'eau à 0°C a une pression de vapeur saturante de 4,58 mm Hg, et la glace à - 1°C - 4,22 mm Hg. et même à - 10°C - 1,98 mm Hg.
Ces pressions de vapeur d'eau relativement importantes expliquent l'évaporation facilement observable de la glace solide, en particulier le fait bien connu du séchage du linge humide à froid. L'évaporation d'un solide peut également être observée dans l'évaporation de la glace artificielle, du naphtalène et de la neige.
Le phénomène d’évaporation est à l’origine de la distillation, l’une des méthodes courantes de la technologie chimique. La distillation est le processus de séparation de mélanges liquides à plusieurs composants par évaporation partielle et condensation ultérieure des vapeurs. À la suite de ce processus, les mélanges liquides sont séparés en fractions distinctes qui diffèrent par leur composition et leurs points d'ébullition.
Phénomène physique - ébullition
La deuxième méthode de vaporisation est l'ébullition, qui se caractérise, contrairement à l'évaporation, par le fait que la formation de vapeur se produit non seulement à la surface, mais dans toute la masse du liquide. L'ébullition devient possible si la pression de vapeur saturée du liquide devient égale à la pression extérieure. Par conséquent, ce liquide, étant soumis à une pression externe donnée, bout à une température bien précise. Habituellement, le point d’ébullition est donné pour la pression atmosphérique. Par exemple, l’eau à pression atmosphérique bout à 373 K ou 100°C.
La différence entre les points d'ébullition de diverses substances est utilisée dans la technologie pour ce qu'on appelle la distillation de mélanges, dont les composants diffèrent considérablement par leur point d'ébullition, par exemple pour la distillation de produits pétroliers.
La dépendance du point d'ébullition à la pression s'explique par le fait que la pression externe empêche la croissance de bulles de vapeur à l'intérieur du liquide. Par conséquent, à une pression accrue, le liquide bout à une température plus élevée. Lorsque la pression change, le point d’ébullition change dans une plage plus large que le point de fusion.
L'ébullition est un type particulier de vaporisation, différent de l'évaporation. Signes extérieurs d'ébullition : un grand nombre de petites bulles apparaissent sur les parois du récipient ; le volume des bulles augmente et la force de levage commence à agir ; Des mouvements de bulles plus ou moins violents et irréguliers se produisent au sein du liquide. Des bulles éclatent à la surface Le processus de flottaison et de destruction des bulles remplies d'air et de vapeur à la surface d'un liquide est caractérisé par l'ébullition. Les liquides ont leur propre point d'ébullition.
Les bulles qui se forment lorsqu’un liquide bout le plus facilement proviennent de bulles d’air ou d’autres gaz normalement présents dans le liquide. De telles bulles - centres d'ébullition - collent souvent aux parois du récipient, de sorte que l'ébullition commence plus tôt au niveau des parois.
Les bulles d'air contiennent de la vapeur d'eau. En raison des nombreuses bulles, la surface d'évaporation du liquide augmente fortement. La formation de vapeur se produit dans tout le volume du récipient. D'où les signes caractéristiques de l'ébullition : un bouillonnement, une forte augmentation de la quantité de vapeur, un arrêt de la montée en température jusqu'à l'ébullition complète.
Mais si le liquide est exempt de gaz, la formation de bulles de vapeur est alors difficile. Un tel liquide peut être surchauffé, c’est-à-dire chauffé au-dessus du point d’ébullition sans bouillir. Si une quantité insignifiante de gaz ou de particules solides, à la surface desquelles de l'air a adhéré, est introduite dans un liquide aussi surchauffé, il bouillira instantanément de manière explosive. La température du liquide descend jusqu'au point d'ébullition. De tels phénomènes peuvent provoquer des explosions dans les chaudières à vapeur et doivent donc être évités. En 1924, F. Kendrick et ses collègues ont réussi à chauffer de l'eau liquide à 270 ºC à une pression atmosphérique normale. A cette température, la pression d'équilibre de la vapeur d'eau est de 54 atm. De ce qui précède, il s'ensuit que les processus d'ébullition peuvent être contrôlés en augmentant ou en diminuant la pression, ainsi qu'en réduisant le nombre de « graines ». La recherche moderne a montré que, idéalement, l'eau est chauffée à environ 300 °C, après quoi elle devient instantanément trouble et explose pour former un mélange vapeur-eau en expansion rapide.
Ainsi, l’ébullition, comme l’évaporation, est une vaporisation. L'évaporation se produit à partir de la surface d'un liquide à n'importe quelle température et n'importe quelle pression externe, et l'ébullition est une vaporisation dans tout le volume du liquide à une température spécifique à chaque substance, en fonction de la pression externe.
Pour garantir que la température du liquide qui s'évapore ne change pas, certaines quantités de chaleur doivent être fournies au liquide. Une grandeur physique indiquant la quantité de chaleur nécessaire pour convertir un liquide d'une masse de 1 kg en vapeur sans changer de température est appelée chaleur spécifique de vaporisation. Cette valeur est désignée par la lettre L et mesurée en J/kg. = J/kg
La condensation de la vapeur est le processus inverse de la vaporisation. Le phénomène de vaporisation et de condensation explique le cycle de l'eau dans la nature, la formation de brouillard et de rosée.
La quantité de chaleur dégagée par la vapeur lors de la condensation est déterminée par la même formule. = J
Il a été établi expérimentalement que, par exemple, la chaleur spécifique de vaporisation de l'eau à 100°C est égale à 2,3 106 J/kg, c'est-à-dire pour transformer de l'eau d'une masse de 1 kg en vapeur à un point d'ébullition de 100 °C, 2,3 106 J d'énergie sont nécessaires.
Humidité
En raison de toutes sortes d'évaporation, l'atmosphère de notre planète contient une énorme quantité de vapeur d'eau, notamment dans les couches les plus proches de la Terre. La présence de vapeur d’eau dans l’air est une condition nécessaire à l’existence de la vie sur la planète. Cependant, l’air sec comme trop humide est défavorable au monde animal et végétal. Une humidité de l'air modérée crée une condition nécessaire à la vie et à l'activité humaine normales. L'excès d'humidité est nocif pour un certain nombre de processus de production, lors du stockage des produits et des matériaux. Comment estimer le degré d'humidité de l'air, c'est-à-dire la quantité de vapeur d'eau qu'il contient ? Cette évaluation est particulièrement importante pour les prévisions météorologiques, car la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère est l'un des facteurs les plus importants déterminant le temps. Sans connaissance de l'humidité de l'air, il est impossible de faire une prévision des conditions météorologiques, si nécessaire à l'agriculture, aux transports et à un certain nombre d'autres secteurs de l'économie nationale. Pour connaître la quantité de vapeur contenue dans l'air, il faut en principe faire passer un certain volume d'air à travers une substance qui absorbe la vapeur d'eau, et ainsi trouver la masse de vapeur contenue dans 1 m3 d'air.
La valeur mesurée par la quantité de vapeur d'eau contenue dans 1 cm3 d'air est appelée humidité absolue de l'air. En d’autres termes, l’humidité absolue de l’air est mesurée par la densité de la vapeur d’eau présente dans l’air.
En pratique, il est très difficile de mesurer la quantité de vapeur contenue dans 1 m3 d’air. Mais il s'est avéré que la valeur numérique de l'humidité absolue diffère peu de la pression partielle de vapeur d'eau dans les mêmes conditions, mesurée en millimètres de mercure. La pression partielle d'un gaz se mesure beaucoup plus simplement, c'est pourquoi en météorologie, l'humidité absolue de l'air est généralement appelée la pression partielle de la vapeur d'eau qu'il contient à une température donnée, mesurée en millimètres de mercure.
Mais, connaissant l'humidité absolue de l'air, il est encore impossible de déterminer son degré de sécheresse ou d'humidité, puisque cette dernière dépend aussi de la température. Si la température est basse, alors une quantité donnée de vapeur d'eau dans l'air peut être très proche de la saturation, c'est-à-dire l'air sera humide. À des températures plus élevées, la même quantité de vapeur d’eau est loin d’être saturée et l’air est sec.
Pour juger du degré d'humidité de l'air, il est important de savoir si la vapeur d'eau qu'il contient est proche ou éloignée de l'état de saturation. A cet effet, la notion d’humidité relative est introduite.
L'humidité relative de l'air est une valeur mesurée par le rapport de l'humidité absolue à la quantité de vapeur nécessaire pour saturer 1 m 3 d'air à cette température. Il est généralement exprimé en pourcentage. En d’autres termes, l’humidité relative de l’air indique quel pourcentage d’humidité absolue représente la densité de la vapeur d’eau saturant l’air à une température donnée :
En météorologie, l'humidité relative est une grandeur mesurée par le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau. Contenu dans l'air, pression de la vapeur d'eau saturant l'air à la même température.
L'humidité relative de l'air dépend non seulement de l'humidité absolue, mais aussi de la température. Si la quantité de vapeur d'eau dans l'air ne change pas, alors avec une diminution de la température, l'humidité relative augmente, car plus la température est basse, plus la vapeur d'eau est proche de la saturation. Pour calculer l'humidité relative, utilisez les valeursdonnées dans les tableaux correspondants
L'eau est un solvant
L'eau est un bon solvant. Les solutions sont des systèmes homogènes constitués de molécules de solvant et de particules de soluté, entre lesquelles se produisent des interactions physiques et chimiques. Par exemple : l'agitation mécanique est un phénomène physique, l'échauffement lors de la dissolution de l'acide sulfurique dans l'eau est un phénomène chimique.
Les suspensions sont des suspensions dans lesquelles de petites particules de matière solide sont réparties uniformément entre les molécules d'eau. Par exemple : un mélange d'argile et d'eau.
Les émulsions sont des suspensions dans lesquelles de petites gouttelettes d'un liquide sont réparties uniformément entre les molécules d'un autre liquide. Par exemple : secouer le kérosène, l'essence et l'huile végétale avec de l'eau.
Une solution dans laquelle une substance donnée ne se dissout plus à une température donnée est dite saturée, et une solution dans laquelle la substance peut encore être dissoute est dite insaturée.
La solubilité est déterminée par la masse d'une substance, la masse d'une substance capable de se dissoudre dans 1000 ml de solvant à une température donnée.
La fraction massique d’un soluté est le rapport entre la masse du soluté et la masse de la solution.
L'ébullition est un processus rapide et, en peu de temps, il ne reste aucune trace d'eau bouillante ; elle se transforme en vapeur.
Mais il existe un autre phénomène de transformation de l'eau ou d'un autre liquide en vapeur : c'est l'évaporation. L'évaporation se produit à n'importe quelle température, quelle que soit la pression, qui dans des conditions normales est toujours proche de 760 mmHg. Art. L’évaporation, contrairement à l’ébullition, est un processus très lent. Une bouteille d’eau de Cologne que l’on a oublié de fermer sera vide dans quelques jours ; o la soucoupe avec de l'eau tiendra plus longtemps, mais tôt ou tard elle s'avérera sèche.
L'air joue un rôle majeur dans le processus d'évaporation. En soi, cela n’empêche pas l’eau de s’évaporer. Dès que nous ouvrons la surface du liquide, les molécules d’eau commenceront à se déplacer vers la couche d’air la plus proche.
La densité de vapeur dans cette couche augmentera rapidement ; Après une courte période, la pression de vapeur deviendra égale à l'élasticité caractéristique de la température du milieu. Dans ce cas, la pression de vapeur sera exactement la même qu’en l’absence d’air.
La transition de la vapeur vers l’air ne signifie bien entendu pas une augmentation de la pression. La pression totale dans l'espace au-dessus de la surface de l'eau n'augmente pas, seule la part de cette pression absorbée par la vapeur augmente et, par conséquent, la part de l'air déplacée par la vapeur diminue.
Au-dessus de l'eau, il y a de la vapeur mélangée à de l'air ; au-dessus, il y a des couches d'air sans vapeur. Ils vont inévitablement se mélanger. La vapeur d'eau se déplacera continuellement vers les couches supérieures et, à sa place, de l'air ne contenant pas de molécules d'eau entrera dans la couche inférieure. Ainsi, dans la couche la plus proche de l’eau, des places seront toujours libérées pour de nouvelles molécules d’eau. L'eau s'évaporera continuellement, maintenant la pression de la vapeur d'eau à la surface égale à l'élasticité, et le processus se poursuivra jusqu'à ce que l'eau soit complètement évaporée.
Nous avons commencé avec l’exemple de l’eau de Cologne et de l’eau. Il est bien connu qu’ils s’évaporent à des rythmes différents. L'éther s'évapore extrêmement rapidement, l'alcool s'évapore assez rapidement et l'eau beaucoup plus lentement. On comprendra tout de suite ce qui se passe ici si l'on retrouve dans l'ouvrage de référence les valeurs de la pression de vapeur de ces liquides, par exemple à température ambiante. Voici les chiffres : éther - 437 mm Hg. Art., alcool - 44,5 mm Hg. Art. et eau - 17,5 mm Hg. Art.
Plus l'élasticité est grande, plus il y a de vapeur dans la couche d'air adjacente et plus le liquide s'évapore rapidement. Nous savons que la pression de vapeur augmente avec la température. Il est clair pourquoi le taux d’évaporation augmente avec le chauffage.
Le taux d'évaporation peut être influencé d'une autre manière. Si nous voulons favoriser l’évaporation, nous devons éliminer rapidement la vapeur du liquide, c’est-à-dire accélérer le mélange de l’air. C'est pourquoi l'évaporation est grandement accélérée par le soufflage du liquide. L'eau, bien qu'elle ait une pression de vapeur relativement faible, disparaîtra assez rapidement si la soucoupe est placée au vent.
On comprend donc pourquoi un nageur qui sort de l’eau a froid au vent. Le vent accélère le mélange de l'air avec la vapeur et, par conséquent, l'évaporation, et le corps humain est obligé de renoncer à la chaleur pour l'évaporation.
Le bien-être d’une personne dépend de la présence de beaucoup ou peu de vapeur d’eau dans l’air. L’air sec et humide est désagréable. L'humidité est considérée comme normale lorsqu'elle est de 60 %. Cela signifie que la densité de la vapeur d’eau est égale à 60 % de la densité de la vapeur d’eau saturée à la même température.
Si l’air humide est refroidi, la pression de vapeur d’eau qu’il contient finira par être égale à la pression de vapeur à cette température. La vapeur deviendra saturée et commencera à se condenser en eau à mesure que la température baissera davantage. La rosée du matin qui humidifie l'herbe et les feuilles apparaît précisément à cause de ce phénomène.
À 20°C, la densité de la vapeur d'eau saturée est d'environ 0,00002 g/cm 3 . Nous nous sentirons bien s'il y a 60 % de cette quantité de vapeur d'eau dans l'air, ce qui signifie seulement un peu plus d'un cent millième de gramme pour 1 cm 3.
Bien que ce chiffre soit faible, il entraînera des quantités impressionnantes de vapeur dans la pièce. Il n'est pas difficile de calculer que dans une pièce de taille moyenne d'une superficie de 12 m2 et d'une hauteur de 3 m, environ un kilogramme d'eau peut « tenir » sous forme de vapeur saturée.
Cela signifie que si une telle pièce est bien fermée et qu'un baril d'eau ouvert est placé, un litre d'eau s'évaporera, quelle que soit la capacité du baril.
Il est intéressant de comparer ce résultat pour l’eau avec les chiffres correspondants pour le mercure. À la même température de 20°C, la densité de la vapeur saturée de mercure est de 10 -8 g/cm 3 .
Dans la pièce dont nous venons de parler, pas plus de 1 g de vapeur de mercure ne rentrera.
À propos, les vapeurs de mercure sont très toxiques et 1 g de vapeur de mercure peut gravement nuire à la santé de toute personne. Lorsque vous travaillez avec du mercure, vous devez vous assurer que même la plus petite goutte de mercure ne se répande pas.
