Tabla de Contenidos
Hãy nói về bong bóng, bạn có biết chính xác những bong bóng mà bạn nhìn thấy trong một nồi đầy nước sôi là gì không? Một số người nghĩ rằng chúng là không khí, bởi vì nhiều bong bóng mà chúng ta biết, chẳng hạn như bong bóng xà phòng, thực ra chứa đầy không khí. Những người khác nghĩ rằng đó là hydro hoặc oxy thoát ra do sự thay đổi hóa học trong bản chất của nước khi nó sôi.
Nhưng cả hai giả định này đều không đúng. Khi đổ nước vào nồi và nước bắt đầu nóng lên, quan sát thấy có bọt ở thành nồi. Những bong bóng này thực sự là không khí. Hầu hết nước chứa không khí hòa tan. Khi bạn bắt đầu làm nóng nước, không khí hòa tan này sẽ thoát ra khỏi nước. Tuy nhiên, những bong bóng này không liên quan đến nước sôi.
Điều gì xảy ra khi nước sôi
Khi nước sôi, nó trải qua một sự thay đổi vật lý, không phải là một chất hóa học. Các phân tử nước không phân tách thành hydro và oxy, thay vào đó, các liên kết cực giữa các phân tử nước bị phá vỡ, cho phép chúng đạt đến điểm sôi và biến đổi vật lý từ chất lỏng sang chất khí.
Có thể bạn đã biết rằng nước có ba dạng: rắn, lỏng và khí. Chúng ta biết dạng rắn như nước đá. Tất nhiên, dạng lỏng là nước chúng ta uống. Dạng khí là hơi nước. Hơi nước tồn tại xung quanh chúng ta, trong không khí, hầu như mọi lúc. Chúng tôi chỉ không thể nhìn thấy nó.
Để biến chất lỏng thành khí bằng cách đun sôi, chất lỏng phải được đun nóng cho đến khi áp suất hơi của nó bằng áp suất khí quyển. Trong trường hợp nước, điều này xảy ra ở khoảng 100°C. Vì lý do này, điểm sôi của nước được coi là 100°C. Tuy nhiên, điểm sôi của nước thực sự có thể cao hơn hoặc thấp hơn tùy thuộc vào một số yếu tố, bao gồm độ cao, áp suất khí quyển và sự hiện diện của các hóa chất khác trong nước, v.v.
Khi nước sôi, năng lượng nhiệt được truyền đến các phân tử nước, chúng bắt đầu chuyển động nhanh hơn. Cuối cùng, các phân tử có quá nhiều động năng để kết dính với nhau dưới dạng chất lỏng. Tiếp theo, các phân tử hơi nước dạng khí được hình thành. Chúng nổi trên bề mặt dưới dạng bong bóng và di chuyển trong không khí.
Thay vì là không khí, các bong bóng trong nồi nước sôi được làm từ nước, chỉ là nước ở trạng thái khí. Thứ trông giống như một cái bình chứa đầy nước và không khí thực ra là một cái bình chỉ chứa đầy nước, mặc dù ở hai trạng thái vật lý khác nhau.
Có thể đun sôi chất lỏng mà không tạo bọt không?
Hãy tưởng tượng một bề mặt được thiết kế đặc biệt để cho phép chất lỏng sôi mà không có bong bóng. Nghe có vẻ mâu thuẫn, và theo một cách nào đó nó là như vậy. Nhưng hãy xem xét những điều sau đây.
Khi chúng ta nhỏ một giọt nước nhỏ lên chảo rất nóng, nó sẽ phân tán và mất khoảng một phút để bay hơi. Khi tiếp xúc lần đầu, bề mặt nóng làm bay hơi một phần giọt nước, tạo ra một lớp hơi cách ly giữa giọt nước và bề mặt nóng. Điều này rất giống với những gì xảy ra trong buồng không khí của cửa sổ lắp kính hai lớp. Lớp hơi nước này chỉ có thể được duy trì nếu bề mặt nóng ở trên cái gọi là điểm Leidenfrost.
Lớp hơi nước Leidenfrost cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đun sôi và làm mát. Nếu thay vì những giọt nước nhỏ trên chảo nóng, chúng ta có một ấm đun nước nóng chứa đầy nước, lớp hơi Leidenfrost sẽ sụp đổ khi ấm nguội xuống dưới nhiệt độ Leidenfrost. Điều này dẫn đến hiện tượng nổ bong bóng hơi nước khi nước tiếp xúc trực tiếp với bề mặt (vẫn còn) nóng.
Giải thích ngắn gọn về hiệu ứng Leidenfrost
Năm 1756, Johann Gottlob Leidenfrost đã quan sát thấy những giọt nước trượt khỏi chảo đủ nóng do sự bay lên của một màng hơi nước. Những màng này chỉ ổn định khi bề mặt nóng ở trên nhiệt độ tới hạn và chúng là hiện tượng sôi trung tâm.
Trong cái gọi là chế độ Leidenfrost này, độ dẫn nhiệt thấp của lớp hơi ngăn cản sự truyền nhiệt giữa bề mặt nóng và chất lỏng. Khi nhiệt độ bề mặt làm mát giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn, màng hơi sẽ sụp đổ và hệ thống chuyển sang chế độ sôi hạt nhân. Điều này có thể dẫn đến các vụ nổ hơi nước đặc biệt nguy hiểm trong một số trường hợp, chẳng hạn như nhà máy điện hạt nhân.
Mặt khác, sự có mặt của các màng hơi này cũng có thể làm giảm điện trở rắn-lỏng.
nguồn
- Connor, N. (2019). Hiệu ứng Leidenfrost là gì ? Điểm Leidenfrost: định nghĩa.
- Dominguez, M. (sf). Biến đổi vật lý và biến đổi hóa học .
- Hóa học là (sf). điểm sôi .
- Sanchez, G. (2015). Các trạng thái tập hợp của vật chất .
- Valdivielso, A. (sf). Sự bay hơi của nước là gì ?