Tabla de Contenidos
Porozmawiajmy o bąbelkach, czy wiesz, czym dokładnie są te bąbelki, które widzisz w garnku pełnym wrzątku? Niektórzy myślą, że są powietrzem, ponieważ wiele znanych nam baniek, takich jak bańki mydlane, jest w rzeczywistości wypełnionych powietrzem. Inni uważają, że jest to ulatniający się wodór lub tlen w wyniku chemicznej zmiany natury wody podczas wrzenia.
Ale żadne z tych założeń nie jest prawdziwe. Gdy do garnka wlewa się wodę i zaczyna się ona nagrzewać, na bokach garnka pojawiają się bąbelki. Te bąbelki to tak naprawdę powietrze. Większość wody zawiera rozpuszczone powietrze. Kiedy zaczynasz podgrzewać wodę, to rozpuszczone powietrze ucieka z wody. Jednak te bąbelki nie są związane z gotującą się wodą.
Co się stanie, gdy woda się zagotuje
Kiedy woda się gotuje, przechodzi przemianę fizyczną, a nie chemiczną. Cząsteczki wody nie rozkładają się na wodór i tlen, raczej wiązania polarne między cząsteczkami wody są zrywane, co pozwala im osiągnąć temperaturę wrzenia i fizyczną przemianę z cieczy w gaz.
Prawdopodobnie już wiesz, że woda występuje w trzech postaciach: stałej, ciekłej i gazowej. Znamy postać stałą jako lód. Forma płynna to oczywiście woda, którą pijemy. Forma gazowa to para wodna. Para wodna istnieje wokół nas, w powietrzu, prawie cały czas. Po prostu nie możemy tego zobaczyć.
Aby zamienić ciecz w gaz przez gotowanie, ciecz musi być podgrzana, aż prężność jej pary będzie równa ciśnieniu atmosferycznemu. W przypadku wody ma to miejsce w temperaturze około 100°C. Z tego powodu przyjmuje się, że temperatura wrzenia wody wynosi 100°C. Jednak temperatura wrzenia wody może być w rzeczywistości wyższa lub niższa w zależności od wielu czynników, w tym wysokości, ciśnienia atmosferycznego i obecności innych chemikaliów w wodzie, by wymienić tylko kilka.
Kiedy woda się gotuje, energia cieplna jest przekazywana cząsteczkom wody, które zaczynają się szybciej poruszać. W końcu cząsteczki mają zbyt dużą energię kinetyczną, aby skleić się razem jako ciecz. Następnie powstają cząsteczki gazowej pary wodnej. Unoszą się one na powierzchni w postaci bąbelków i poruszają się w powietrzu.
Zamiast powietrza, bąbelki w garnku z wrzącą wodą są zrobione z wody, po prostu wody w stanie gazowym. To, co wygląda jak garnek wypełniony wodą i powietrzem, jest w rzeczywistości garnkiem wypełnionym samą wodą, aczkolwiek w dwóch różnych stanach fizycznych.
Czy ciecz może się zagotować bez tworzenia bąbelków?
Wyobraź sobie powierzchnię specjalnie zaprojektowaną, aby umożliwić gotowanie płynów bez pęcherzyków powietrza. Brzmi to sprzecznie i w pewnym sensie takie jest. Ale rozważ następującą rzecz.
Kiedy umieścimy małą kroplę wody na bardzo gorącej patelni, rozproszy się ona i odparuje około minuty. Przy pierwszym kontakcie gorąca powierzchnia odparowuje część kropli, tworząc izolującą warstwę pary między kroplą a gorącą powierzchnią. Jest to bardzo podobne do tego, co dzieje się w komorze powietrznej okna z podwójnymi szybami. Ta warstwa pary może być utrzymana tylko wtedy, gdy gorąca powierzchnia znajduje się powyżej tak zwanego punktu Leidenfrosta.
Warstwa pary Leidenfrosta odgrywa również ważną rolę w gotowaniu i chłodzeniu. Jeśli zamiast maleńkich kropel wody na gorącej patelni mamy gorący czajnik wypełniony wodą, warstwa pary Leidenfrosta zapada się, gdy czajnik ostygnie poniżej temperatury Leidenfrosta. Powoduje to eksplozję pęcherzyków pary, gdy woda wchodzi w bezpośredni kontakt z (jeszcze) gorącą powierzchnią.
Krótkie wyjaśnienie efektu Leidenfrosta
W 1756 roku Johann Gottlob Leidenfrost zauważył, że krople wody zsuwają się z wystarczająco gorącej patelni w wyniku lewitacji warstewki pary wodnej. Filmy te są stabilne tylko wtedy, gdy gorąca powierzchnia przekracza temperaturę krytyczną i są centralnym zjawiskiem wrzenia.
W tym tak zwanym reżimie Leidenfrosta niska przewodność cieplna warstwy pary zapobiega przenoszeniu ciepła między gorącą powierzchnią a cieczą. Kiedy temperatura powierzchni chłodzącej spada poniżej temperatury krytycznej, warstewka pary zapada się i system wchodzi w tryb wrzenia zarodkowego. Może to prowadzić do szczególnie szkodliwych wybuchów pary w niektórych kontekstach, takich jak elektrownie jądrowe.
Z drugiej strony obecność tych warstw pary może również zmniejszyć opór ciecz-ciało stałe.
Źródła
- Connor, N. (2019). Co to jest efekt Leidenfrosta ? Punkt Leidenfrosta: definicja.
- Dominguez, M. (sf). Przemiany fizyczne i przemiany chemiczne .
- Chemia to (sf). punkt wrzenia .
- Sanchez, G. (2015). Stany skupienia materii .
- Valdivielso, A. (sf). Co to jest parowanie wody ?