Atrium96.ru

Кузовной ремонт авто
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химическое испарение, в чем оно состоит, приложения и примеры

Химическое испарение, в чем оно состоит, приложения и примеры

химическое испарение это процесс, при котором молекулы жидкости отделяются от ее поверхности и переходят в газообразное состояние. Это процесс, который поглощает энергию и, следовательно, является эндотермическим. Молекулы вблизи поверхности жидкости увеличивают свою кинетическую энергию для испарения.

В результате этого увеличения энергии силы когезии или межмолекулярного притяжения между этими молекулами ослабевают и уходят из жидкой фазы в газовую фазу. В отсутствие границы, где газообразные молекулы оживают и снова проникают в жидкость, все это в итоге полностью испаряется.

В отличие от кипения, испарение может происходить при любой температуре до того, как жидкость закипит. Это явление является причиной, по которой можно наблюдать выбросы водяных паров из лесов, которые при контакте с холодным воздухом конденсируют микро-капли воды, придавая им белый цвет..

Конденсация является обратным процессом, который может или не может установить равновесие с испарением, которое происходит в жидкости.

Существуют факторы, которые влияют на испарение, такие как: скорость процесса или количество молекул, которые могут испаряться из жидкости; природа или тип жидкости; температура, при которой жидкость подвергается воздействию, или если она находится в закрытом или открытом контейнере, подверженном воздействию окружающей среды.

Еще один пример химического испарения происходит в нашем организме: при потоотделении часть потовой жидкости испаряется. Испарение пота оставляет холодное ощущение в организме из-за испарения охлаждения.

  • 1 Из чего состоит испарение??
    • 1.1 Силы сцепления
    • 2.1 Природа жидкости
    • 2.2 Температура
    • 2.3 Закрытый или открытый контейнер
    • 2.4 Концентрация испаренных молекул
    • 2.5 Давление и площадь поверхности жидкости
    • 3.1 Испарительное охлаждение
    • 3.2 Сушка материалов
    • 3.3 Сушка веществ

    Влияние энергии движения частиц на свойства агрегатных состояний веществ

    Как известно, любое вещество состоит из молекул, которые в свою очередь делятся на атомы. В качестве частиц кроме молекул могут рассматриваться и ионы, в которые превращаются атомы или их группы. На самом деле, ионы или молекулы имеют сложную форму построения, но для упрощения их построения и создания визуальной наглядности их представляют в сферическом виде.

    Абсолютно во всех веществах сила взаимного притяжения между их частицами препятствуют их передвижению друг относительно друга. Однако с ростом температуры кинетическая энергия частиц начинает расти и тем создавая все большее противодействие силе притяжения между частицами. Агрегатное состояние вещества зависит от отношения приобретенной кинетической энергии частицы к силе их взаимного притяжения.

    Схематичное представление агрегатных состояний веществ

    Проще говоря, от того, насколько свободно и дальше может «гулять» молекулы относительно других и зависит текущее физическое состояние вещества. Изменяя показатели температуры и давления можно наблюдать переход из одного состояния в другое.

    Самый распространенный пример перехода из одного состояния в другое в жизни можно наблюдать на примере трех состояний молекулы воды: твердом в качестве льда при температуре ниже 0 0С, жидком при температуре выше 0 0 С и газообразном паре, который образуется после закипания воды при температуре 100 0 С и выше.

    Изменение энергии частиц в разных агрегатных состояниях

    На этом графике показано, как изменяется энергия частиц вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Чем больше энергия, тем быстрее частицы движутся или колеблются. Небольшая доля частиц обладает очень низкой или очень высокой энергией.

    Газообразное состояние вещества

    Вещества в газообразном состоянии не обладают определенной формой и объемом, характеризуются малой плотностью, малой вязкостью и способны целиком заполнять любое пространство.

    Изучение свойств газов привело к кинетической теории газов. Согласно кинетической теории газ представляют как совокупность атомов или молекул, находящихся в движении. Атомы или молекулы движутся по прямым линиям, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, меняя свое направление по закону столкновения упругих тел, — угол падения равен углу отражения. Молекулы движутся с различными скоростями (закон распределения скоростей Максвелла). Наибольшими средними скоростями обладают молекулы самых легких газов. Для водорода, например, средняя скорость при 0°C 1698 см/сек. Скорости молекул других простых и сложных газов составляют приблизительно 400—300 см/сек. Удары движущихся молекул о стенки сосуда обусловливают давление газов.

    1. Идеальные газы

    Если допустить, что между молекулами (атомами) газа нет притяжения и что можно пренебречь объемом самих молекул (атомов), то между объемом (V), занимаемым газом, температурой (T) и давлением (P) легко выводится следующее соотношение:

    где R — универсальная газовая постоянная, обозначаемая начальной буквой фамилии французского ученого Реньо, а n — число киломолей газа, т. е. отношение массы газа в кг к его молекулярной массе. Для R в углеродной шкале принято значение (8314,31 ± 0,31) дж (кмоль · град).

    Вышеуказанное уравнение называется уравнением идеальных газов Клапейрона — Менделеева.

    2. Реальные газы

    Говоря о реальных газах, нужно принимать во внимание притяжение между отдельными молекулами (атомами). Это притяжение обратно пропорционально квадрату объема, занимаемого газом. По предложению Ван-дер-Ваальса оно обозначается буквой a. Притяжение между молекулами (атомами) сжимает газы, следовательно, равноценно увеличению давления на газ, именно, на величину a/V 2 . Таким образом, давление реального газа в объеме V должно быть равно P + a/V 2 , где величина a зависит от природы газа.

    Следует также учесть и то, что молекулы (атомы) реальных газов сами занимают некоторый объем, так что в действительности их движение происходит не в объеме V, а в объеме V—b. Приняв это во внимание, уравнение реальных газов можно написать в таком виде:

    (P + a/V 2 )(V—b) = nRT.

    Для точных расчетов необходимо при вычислении применять это уравнение, называемое уравнением Ван-дер-Ваальса.

    Таблица 1. Значения величин a и b для различных газов
    ВеществоФормулаab
    ВодородH20,000490,001188
    АзотN20,002770,001763
    КислородO20,002650,001392
    АргонAr0,002590,001348
    ХлорCl20,010630,002050
    Окись азотаNO0,002670,001245
    Окись углеродаCO0,02850,001723
    Двуокись углеродаCO20,006830,001813

    Межмолекулярное взаимодействие. Силы взаимодействия между молекулами или атомами называются ван-дер-ваальсовскими. Они проявляются во всех агрегатных состояниях веществ. Чем ближе расстояние между молекулами, тем больше ван-дер-ваальсовское взаимодействие. Так как среднее расстояние между молекулами для газообразных веществ наибольшее, то силы ван-дер-ваальса для них относительно малы. Чем большее сжатие испытывает газ, тем больше ван-дер-ваальсовские силы: при больших давлениях газы отступают от законов идеальных газов.

    Естественно, что в жидкостях межмолекулярные взаимодействия более значительны, а в твердых телах — максимальны.

    Приведение реального газа к состоянию идеального. Если известны поправочные коэффициенты уравнения Ван-дер-Ваальса а и b, то можно вычислить (PV), т.е. при бесконечном разбавлении, когда коэффициентами а и b, вследствие их незначительной величины, можно пренебречь, реальные газы строго подчиняются законам идеальных газов. Этот прием называется приведением газа к состоянию идеального газа.

    Чтобы найти приведенную плотность реального газа (D), нужно величину ее разделить на произведение (1 + а) (1 — b):

    В табл. 2 сравнены приведенные молекулярные объемы с молекулярными объемами реальных газов.

    Из табл. 2 видно, что приведенный молекулярный объем реальных газов равен 22,4135 м 3 /кмоль, т.е. объем киломоля реальных газов при нормальных условиях, приведенный к состоянию идеального газа, составляет 22,4135 м 3 /кмоль.

    Таблица 2. Сравнение молекулярных объемов реальных газов с приведенными молекулярными объемами
    НазваниеФормулаМолекулярная массаМолекулярный объем реального газа, м 3 /кмольПриведенный молекулярный объем, м 3 /кмоль
    КислородO231,998822,39422,414
    ВодородH22,0159422,42622,413
    АзотN228,013422,40022,413

    3. Переход газа в состояние жидкости

    Уравнение идеальных газов устанавливает, что соотношение между объемом (V), давлением (P), числом молекул (n) и абсолютной температурой для всех газов одинаково и не зависит от их природы. Мы видели, что на практике это не так. Каждый реальный газ имеет свою индивидуальность, которая определяется различными значениями величин а и b.

    Далее, если бы все газы подчинялись уравнению Клапейрона, то никаким давлением и никаким понижением температуры их нельзя было бы превратить в жидкость. Практика же показала, что все газы при определенных для каждого газа температуре и давлении превращаются в жидкость. Температура и давление, при которых данный газ превращается в жидкость, зависят от значений для этого газа величин a и b уравнения Ван-дер-Ваальса.

    На рисунке изображены изотермы P, V для моля, т. е. зависимость изменения объема грамм-молекулы двуокиси углерода (CO2) от давления при разных температурах, вычисленные по формуле Ван-дер-Ваальса.

    Изотерма при 0°C показывает, что с возрастанием давления объем сперва уменьшается, но до некоторого максимума давления; затем объем продолжает уменьшаться, но давление падает до некоторого минимума, так что для каждого данного давления мы имеем два объема. На практике состояния, выражаемые изломами кривой, неустойчивы — здесь газ превращается в жидкость.

    Чтобы лучше уяснить себе, что происходит, представим, что грамм-молекула СО2 заключена в цилиндр, закрытый поршнем. Наложением грузов на поршень мы можем увеличивать или уменьшать давление. Опыт ведется при 0°C. Увеличивая давление на поршень с 35 атм приблизительно до 47 атм, мы наблюдаем уменьшение объема газа с 0,500 м 3 приблизительно до 0,300 м 3 . При этом объем газа изменяется согласно закону Бойля — Мариотта. Увеличив давление на бесконечно малую величину, мы увидим, что в цилиндре, кроме газа, появилась жидкость.

    При дальнейшем движении поршня новые количества газа переходят в жидкое состояние, нагрузка же на поршень, т. е. давление, остается неизменным.

    На рисунке это выражается пунктирной линией abc. По этой линии справа налево каждому движению поршня соответствует уменьшение объема газа и увеличение количества жидкости. В точке d газ исчез — он целиком превратился в жидкость. При дальнейшем увеличении давления на поршень объем жидкости, как показывает изотерма, меняется очень мало.

    Итак, при температуре 0°C и давлении

    48 атм мы превращаем газ CO2 в систему, состоящую из газа и жидкости.

    По рисунку мы видим, что при 20°C, чтобы превратить газ CO2 в жидкость, нужно поднять давление до 62 атм, причем участок кривой и пунктирная линия abc станут значительно меньше. При 31°C этот участок сжался до точки. Это значит, что при температуре 31°C и давлении в 73 атм нельзя сжать газ CO2 в жидкость, или различие между газом и жидкостью при этих условиях исчезает.

    При температуре 40°C и выше газ также никаким давлением нельзя сжать в жидкость.

    Температура, при которой газ никаким давлением нельзя сжать в жидкость, называется критической температурой. Давление, при котором кривая ас превращается в точку, называют критическим давлением. Критическая температура для каждого вещества имеет свое особое значение. Газ при температуре выше критической условились называть газом, при температуре ниже критической — паром. Критическая температура есть мера стремления вещества принимать газообразное или жидкое состояние (табл. 3).

    Для некоторых веществ, например гелия, водорода, кислорода и др. она очень низка. Поэтому прежде полагали, что эти вещества вообще не могут существовать в состоянии жидкости и называли их перманентными газами.

    В настоящее время нет таких газов, которые невозможно было бы превратить в жидкое состояние.

    Некоторые свойства твердых тел

    При постоянном давлении и относительно низких температурах вещество находится в твердом состоянии. Воздействие небольшой внешней силы на твердое состояние не приводит к внешне различимой деформации твердого тела.

    Кристаллическая решетка железа

    Если увеличивать силу, то тело начнет упруго деформироваться. При еще большем увеличении внешнего воздействия возможны два варианта:

    1. Если тело представляет собою металл, то оно начнет испытывать пластическую деформацию, то есть в его форме произойдут существенные изменения, которые останутся после прекращения внешнего воздействия.
    2. Если тело имеет аморфную структуру, либо кристаллическую структуру, но в узлах решетки будут находиться ионы разных знаков, например, кристалл поваренной соли NaCl, то тело не будет пластически деформироваться, а просто разрушится.

    Каждое твердое тело характеризуется определенной плотностью. Самым легким веществом этой категории является аэрогель, его плотность составляет 3 кг/м 3 . Самым же плотным твердым материалом, известным человечеству, является металл — осмий. Один метр кубический осмия обладает массой 22 600 кг.

    Строение газа

    При достаточно высокой температуре и не слишком большом давлении молекулы вещества обладают большой энергией, и сил их взаимодействия недостаточно, чтобы удерживать их рядом. Сила гравитации также оказывается недостаточной, чтобы заметно влиять на поведение молекул. Поэтому при таких условиях молекулы могут свободно перемещаться в пространстве, заполняя весь предоставленный объем.

    Молекулы сталкиваются друг с другом и с другими телами, создавая давление газа, однако путь их свободного полета многократно превышает размеры молекул. Взаимодействия происходят лишь в короткое время столкновения. Связь давления с объемом и температурой описывается газовыми законами.

    Три газовых закона

    Рис. 1. Три газовых закона.

    Свойства вещества в разных агрегатных состояниях

    Особенности теплового движения молекул обусловлены природой их взаимодействия. Силы взаимодействия являются электромагнитными, быстродействующими и существенно зависят от расстояний.

    Если расстояние между молекулами в несколько раз превышает их размеры, взаимодействие настолько мало, что им можно пренебречь. При уменьшении расстояния притяжение молекул растёт за счет перекрытия электронных орбит и появления «общих» электронов у атомов различных молекул (возникновения ковалентных связей). Однако, при дальнейшем сближении начинают преобладать силы отталкивания между одноименно заряженными ядрами атомов.

    При переходе из одного агрегатного состояния в другое разные части вещества могут находиться в разных состояниях. Например, при таянии кусочки льда будут плавать в воде. А при кипении пузырьки пара подниматься в жидкости наверх.

    При плавлении лед и вода образуют двухфазную систему.

    Система «лед – вода – влажный воздух» является трёхфазной.

    Все фазы в системе находятся в равновесии, которое называют термодинамическим.

    Для описания степени упорядоченности частиц в веществе используются понятия ближнего и дальнего порядка.

    Ближним порядком обладают твердые тела (кристаллические и аморфные) и жидкости.

    Дальним порядком обладают кристаллические твердые тела.

    п.2. Свойства твердых тел

    В твердых телах частицы (молекулы, атомы, ионы) расположены так близко друг от друга, что силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания. Частицы колеблются вокруг определенной точки и не могут далеко переместиться от нее. Поэтому твердое тело сохраняет не только объем, но и форму.

    Различают кристаллические и аморфные твердые тела.

    В кристаллических телах частицы образуют «решетки», которые имеют ближний и дальний порядок. В аморфных телах сохраняется только ближний порядок; их структура напоминает жидкости.

    Атомная структура кристаллического твердого тела
    Атомная структура кристаллического твердого тела
    Атомная структура аморфного твердого тела
    Атомная структура аморфного твердого тела

    Различия в упорядоченности структуры приводят к следующим характерным особенностям кристаллических и аморфных твердых тел.

    Характерные особенности твердых тел в зависимости от упорядоченности частиц

    Зависимость физических свойств от направления — анизотропия

    Независимость физических свойств от направления — изотропия

    Восстановление формы и объема после прекращения внешнего воздействия — упругость

    Изменение формы и объема (без разрушения) после прекращения внешнего воздействия — пластичность

    Определенная температура плавления

    Неопределенная температура плавления

    п.3. Свойства жидкостей

    Частицы вещества (атомы или молекулы) в жидком состоянии не имеют определенного положения, но и не могут свободно перемещаться по всему объему. Они колеблются около положения равновесия и совершают частые перескоки из одного положения равновесия в другое.

    Частицы не расходятся на большие расстояния, поэтому жидкость сохраняет свой объем, но не сохраняет форму. Она принимает форму сосуда и образует поверхность.

    В жидкости сохраняется ближний порядок. Между частицами существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. За счет притяжения молекулы жидкости могут образовывать кластеры.

    Кластеры из молекул воды

    Кластеры из молекул воды

    п.4. Свойства газов

    В газе расстояния между частицами (атомами или молекулами) намного больше размеров самих частиц.

    Частицы газа, двигаясь во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу и заполняют весь предоставленный им объем. Поэтому газ не имеет собственной формы и постоянного объема. Он заполняет весь предоставленный объем.

    Физические свойства газов не зависят от направления, т.е. для них характерна изотропия.

    В газах нет ни ближнего, ни дальнего порядка в расположении частиц.

    Из всех агрегатных состояний газ является наиболее простым для изучения, построения математических моделей и практического применения в машинах и механизмах. Начало систематического изучения газов было положено экспериментами Торричелли и Герике в XVII веке. Спустя сто лет, накопленные знания позволили построить паровые машины, которые изменили облик цивилизации. На сегодняшний день эти машины продолжают широко использоваться в виде паровых турбин в энергетике и крупном транспортном машиностроении.

    п.5. Свойства плазмы

    Для плазмы характерны: свечение, сильное взаимодействие с электрическим и магнитным полями, высокая электропроводность.

    Заряженные частицы плазмы взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях.

    В плазме нет ни ближнего, ни дальнего порядка в расположении частиц.

    Это интересно

    п.6. Задачи

    Задача 1. Дайте характеристику трем основным агрегатным состояниям вещества по следующим признакам: степень упорядоченности молекул, соотношение размеров молекул и расстояний между ними, характер движения, сохранение формы, сохранение объема, сжимаемость.

    Реферат патента 1997 года СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЫ ОТ ПРИМЕСНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

    Использование: очистка воздуха, топочных газов или эквивалентной среды в различных отраслях промышленности. Сущность: воздух, топочные газы или эквивалентную среду направляют в канал, ионизируют, при этом заряженные примесные частицы притягиваются одной или несколькими улавливающими поверхностями ввиду разности состояний заряда. Воздух ионизируют посредством одного или нескольких ионизирующих электродов, направленных на улавливающую поверхность. Расстояние между ионизирующим электродом и улавливающей поверхностью, разность состояний электрического заряда улавливающей поверхности и заряженных примесных частиц регулируют так, чтобы примесные частицы относились ионным лучом непосредственно к улавливающей поверхности и осаждались на ней. 2 и 6 з. п.ф-лы, 8 ил.

    Типы затворов и принцип их действия

    Основной рабочей деталью регулирующей арматуры является затвор. По конструкции регулирующего органа выделяют следующие типы арматуры:

    • седельная,
    • мембранная,
    • клеточная,
    • золотниковая.

    Седельный затвор

    Основными элементами седельного затвора являются плунжер и седло. Плунжером называют цилиндрический поршень, у которого длина значительно больше диаметра. Седло – деталь затвора, расположенная между проходным отверстием клапана и его внутренней частью.

    седельный затвор

    При перемещении поршня через седло меняется размер проходного отверстия. Выпускается одно– и двухседельная регулирующая арматура. Односедельная используется на трубах небольшого диаметра.

    Двухседельный затвор позволяет точнее регулировать давление в трубах и может использоваться в трубопроводах диаметром до 30 см, так как в двухседельной системе плунжер лучше уравновешен и проще обеспечить герметичность затвора.

    Мембранный затвор

    В затворах этого типа также имеется седло, но вместо поршня его перекрывает гибкая мембрана. Мембрана не только позволяет регулировать давление рабочей среды, она защищает внутренние части арматуры от воздействия агрессивных веществ. В затворах этого типа высокий показатель герметичности подвижных элементов.

    мембранный затвор

    Однако регулирующий клапан с мембранным затвором вынужденно дополнительно оснащают контролирующими положение штока позиционерами. Необходимость усложнения конструкции обусловлена возможным снижением точности регулировки из-за трения между элементами.

    Затвор клеточного типа

    В качестве направляющего устройства для подвижного элемента затвора такого типа используется клетка – седло с радиальными отверстиями для управления расходом рабочей среды.

    клетчатый

    Внутри клетки, меняя ее пропускную способность, перемещается полый цилиндр. Таким образом, клетка выполняет функцию седла и пропускного отверстия.

    Золотниковый затвор

    Золотниковая регулирующая арматура имеет другое название – регулирующий кран, механизм ее работы действительно больше похож на работу крана.

    золотниковый

    Для изменения давления находящийся внутри корпуса золотник поворачивают на нужный угол, тогда как в затворах остальных типов уменьшение сечения пропускного отверстия происходит при поступательном, а не вращательном движении штока.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читайте так же:
    Ваз 2109 не могу отрегулировать кран печки
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector