Випаровування рідин або конденсація пари.

Випаровування рідин або конденсація пари також викликає зміну внутрішньої енергії, яка дорівнює теплоті пароутворення:

ΔU = Qп = rm

де r — питома теплота пароутворення.

Зміни внутрішньої енергії системи у разі зміни агрегатних станів речовини необхідно враховувати під час розв'язування задач із викори­станням рівняння теплового балансу.

Вчитель хімії:

Екзо та ендотермічні реакції.

Ти вже знаєш, що під час перебігу хімічних реакцій зберігаються число атомів, їх загальна маса, кількість електричних зарядів, а зміню­ються лише хімічні зв'язки між атомами: одні — руй­нуються, інші — виникають. На руйнування хімічних зв'язків потрібна енергія, а під час утворення нових зв'язків, навпаки, енергія виділяється.

Переконаємося в цьому на прикладі спалювання маг­нієвої стрічки:

2Мg + О₂ = 2Мg0

Магній горить сліпучим полум'ям. При цьому відбу­вається перегрупування атомів Магнію й Оксигену з ут­воренням оксиду магнію, яке супроводжується виділен­ням теплоти і світла.

Хімічні реакції, які відбуваються з виділен­ням теплоти, називаються екзотермічними.

Розглянемо інший дослід. У приладі для розкладання речовин

нагріємо малахіт (основний кар­бонат купруму(ІІ) Сu₂(ОН₂)СО₃):

Сu₂(ОН₂)СО₃ = 2СuО + СО₂  + Н₂О

Розкладання малахіту відбувається тільки в разі на­грівання. Якщо нагрівання припинити, то припиняється й реакція. Це означає, що вона відбувається з погли­нанням теплоти ззовні.

Хімічні реакції, які відбуваються з погли­нанням теплоти, називаються ендотерміч­ними.

Зміна енергії, що супроводжує хімічні реакції, має першорядне значення, оскільки життєві процеси зале­жать від енергії, що міститься в продуктах харчування. Енергія ж хімічних зв'язків у сполуках, що містяться в їжі, надходить від Сонця. Під час фотосинтезу в рос­линах, де є каталізатор хлорофіл, під впливом сонячного світла вуглекислий газ і вода перетворюються на глюкозу С₆Н₁₂О₆ та інші цукри:

6CO₂ + 6H₂O ^{Сонячне світло Хлорофіл} С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Фотосинтез відбувається з поглинанням 15 МДж енергії на кожний кілограм синтезованої глюкози.

Спосіб життя, який ми ведемо, залежить від викорис­тання енергії різного походження: чи то викопне паливо (вугілля, нафта), чи природний газ. Усе це утворилося в результаті повільного перетворення — за мільйони ро­ків — матеріалу рослинного походження і врешті-решт одержало свою енергію від Сонця. А внаслідок спалю­вання, наприклад, природного газу чи вугілля енергія виділяється.

Чому ж так сталося, що в одному випадку під час реакції енергія виділяється, а в іншому — поглинається?

Агрегатний стан речовини.

Вчитель хімії :

На уроках хімії та фізики ви ознайо­мились з будовою речовини та її

агрегатними стана­ми, зміною цих станів.

- Отже, в яких агрегатних станах може перебувати одна і та сама речовина?

(В твердому, рідкому, газоподібному).

- Чим визначається той чи інший агрегатний стан речовини?

(Розміщенням та характером взаємодії молекул).

- Які відмінності в молекулярній будові рідин і газів?

(У газах відстань між молекулами значно більша, ніж в рідинах, чим і

обумовлене їх слабке притягання).

- Чи всі молекули рідин та газів рухаються з одна­ковими швидкостями?

(Ні, з різними).

- Якщо говорити про швидкість молекул. Про яку швидкість йде мова?

(Про середню швидкість).

- Яку енергію мають рухомі молекули?

(Кінетичну енергію).

- Як пов'язана кінетична енергія з швидкістю руху молекул?

(При збільшенні швидкості руху зростає кінетична енергія молекул).

Ці знання допоможуть розібратись у деяких яви­щах, з якими ви ознайомились і ознайомитесь на цьому уроці.

Вчитель фізики:

У березні 1813 року в Італії багато людей спостерігали незвичне явище, яке привело всіх в жах. Про це явище збереглась розповідь вченого, який писав: «Протягом 2 діб вітер дув зі сходу. Раптом мешканці побачили густу хмару, що насувалась від моря. О 2-ій годині дня хмара дійшла до сусідніх гір і почала заступати Сонце. Колір її, спочатку блідо-ро­жевий, змінився на яскраво-червоний. Дуже швидко місто було оповите такою темрявою, що о 4 годині дня довелось запалити свічки. Небо набуло кольору розпеченого заліза. Загримів грім і почали падати ве­ликі краплі червоної рідини, яку одні приймали за кров, інші - за розплавлений метал. Насправді це була вода з червоною глиною».

У XIX столітті було близько 20 таких «кривавих дощів».

- Спробуйте пояснити утворення таких дощів на основі ваших знань про

агрегатні стани речовини.

(Відбувається кругообіг води в природі).

Утворення хмар та опадів відбувається завдяки ви­паровуванню та зворотному процесу - конденсації.

У природі, техніці та побуті ми часто спостерігаємо явище випаровування. В ясний день влітку швидко висихають калюжі, які залишились після дощу, мокра білизна; зменшується кількість води в склянці, що стоїть в кімнаті та ін.

- Подумайте, який процес називають випаровуванням?

(Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний).

З'ясуємо, як відбувається випаровування.

Вчитель хімї:

У рідинах не всі молекули рухаються з однаковою швидкістю. Окремі молекули мають швидкість більшу або меншу за середню. Ті молекули, швидкість яких більша за середню, мають відповідно і більшу кіне­тичну енергію. Якщо такі «швидкі» молекули опиняють­ся біля поверхні рідини, то вони можуть подолати притя­гання сусідніх молекул і вилетіти з рідини. Ці молекули й утворюють пару даної рідини.

(Пояснення супроводжується показом малюнока).

Молекули пари рухаються безладно і хаотично, а їх середні відстані вільного пробігу характерні для речо­вини в газоподібному стані. Таке збільшення середніх відстаней між молекулами речовини під час її перехо­ду з рідкого стану в газоподібний означає збільшення об'єму речовини під час випаровування. Справді, дос­ліди показують, що найменший об'єм, який може зай­мати, наприклад, пара, що утворилися з 1 л води при 100°С та нормальному атмосферному тиску, дорівнює 1780 л. Тобто, об'єм даної маси води при її випарову­ванні збільшується майже в дві тисячі разів. Подібним чином зростає об'єм і будь-якої іншої рідини під час її пароутворення. Деякі молекули пари після зіткнення можуть знову повернутися в рідину, якщо опиняться у сфері притягання молекул її поверхневого шару.

Отже, випаровування відбувається при будь-якій температурі.

- Чи зміниться кількість рідини внаслідок випаро­вування у відкритій посудині? Яким чином?

(Так, зменшиться).

Вірно, під час випаровування рідини у відкритій посудині більшість молекул пари поступово розсіюєть­ся у повітрі і назад у рідину не повертається. Рідина при цьому може повністю випаруватися.

А що буде, коли посудину з рідиною щільно зак­рити? Чи зміниться в посудині кількість рідини, яка випаровується?

(Не зміниться).

Досить швидко в таких посудинах кількість моле­кул, які вилетіли з рідини, дорівнюватиме кількості молекул пари, що повертаються назад у рідину. Як наслідок, маса рідини в закритій посудині з часом не змінюється, хоча її обмін молекулами з парою не при­пиняється. В такому випадку кажуть, що між рідиною і її парою встановлюється динамічна рівновага.

Кількість рідини в щільно закритих посудинах не змінюється роками.

Вчитель фізики:

Вияснимо, від яких факторів зале­жить швидкість випаровування. Для цього, працюючи в складі груп, ви будете виконувати деякі експери­ментальні завдання та прозвітуєте про їх виконання і зробите висновки.

Завдання групи 1.

Дослідіть швидкість випаровування олії та спирту. Для цього нанесіть їх пензликом на скляну пластинку. Зробіть висновок.

(Обладнання: пляшечки з олією та спиртом, скляна пластинка, пензлик).

Завдання групи 2.

Дослідіть швидкість випаровування від площі по­верхні рідини. Для цього піпеткою нанесіть 2 крапли­ни води на суху скляну пластинку та пластинку, по­криту парафіном. Зробіть висновок.

(Обладнання: пляшечка з водою, піпетка, скляна пластинка, один бік якої покритий парафіном).

Завдання групи 3.

Дослідіть швидкість випаровування від температу­ри рідини, для чого нанесіть на 2 скляні пластинки піпеткою 2 краплини води. Одну з цих пластинок на­грійте. Зробіть висновок.

(Обладнання: пляшечка з водою, піпетка, 2 скляні пластинки, підставка для сухого спирту, сірники).

Завдання групи 4.

Дослідіть швидкість випаровування від вітру. Для цього нанесіть на 2 скляні пластинки піпеткою 2 крап­лини води. Одну з краплин обмахуйте картонним вія­лом. Зробіть висновок.

(Обладнання: пляшечка з водою, піпетка, 2 скляні пластинки, картонне віяло).

(Після роботи груп заслуховуються їх звіти, які до­повнюються вчителем фізики).