Испарение и конденсация - МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Цель: объяснить явление испарения и конденсации и выяснить условия, от которых зависят эти процессы.

Ход урока

I. Повторение изученного. Проверка домашнего задания

1. При какой температуре возможен переход из газообразного состояния вещества в жидкое?

2. Какое состояние называется паром?

3. Опишите последовательно процесс сжижения пара при его изотермическом сжатии.

4. Какой пар считают насыщенным?

5. Почему при сжатии насыщенного пара его давление остается постоянным?

6. Почему при сжатии жидкости давление резко возрастает?

II. Изучение нового материала

На ученических столах учащихся находятся следующие приборы и материалы: два предметных стекла; стеклянная палочка; пробирки с жидкостью (водой, спиртом, одеколоном, валериановыми каплями и др.); две пипетки; спиртовка (или свеча); бумажный веер; спички.

III. Лабораторная работа «Зависимость испарения жидкости от различных факторов»

Цель работы: исследовать зависимость испарения жидкости от различных факторов

Ход работы

1. Капните каплю воды из пипетки на предметное стекло и разотрите ее стеклянной палочкой по поверхности. То же проделайте с каплей спирта (одеколона, валериановых капель и др.) на втором стекле. Наблюдайте за испарением жидкостей. Какая из них быстрее испарится?

2. Нанесите на предметные стекла по мазку одной и той же жидкости (например, одеколона). Одно стекло отложите в сторону, а возле второго помашите бумажным веером. Какой мазок высохнет быстрее?

3. Нанесите на предметные стекла по мазку одной и той же жидкости. Осторожно прогрейте пламенем спиртовки (свечи) снизу одного из стекол. Какое пятно быстрее высохнет?

4. Накапайте на два предметных стекла по одинаковому количеству капель одной и той же жидкости. Возьмите одно из стекол и, наклоняя его, заставьте жидкость растечься. Положите это предметное стекло рядом с первым. Оставьте их на время, в течение которого жидкость полностью высохнет. На каком предметном стекле испарение произошло быстрее?

На основе проведенных опытов и известных фактов можно сделать вывод: скорость испарения жидкости зависит от:

- температуры жидкости;

- площади ее поверхности;

- от скорости воздушных потоков над жидкостью;

- от рода жидкости.

Каков же механизм процесса испарения? Вспомним, что для превращения некоторого количества воды в пар при неизменной температуре необходимо передать воде определенное количество теплоты - теплоту парообразования. Например, при комнатной температуре (Т - const) теплота парообразования составляет 2,46 кДж на каждый грамм испаренной воды. Так как в 1 г воды содержится 1/18 N_A молекул, где N_A = 6,02 · 10²³ моль^-1 - постоянная Авогадро, получаем, что для удаления из жидкости одной молекулы надо затратить энергию Е₁ = 7,35 · 10^-20Дж. В атомных расчетах принято выражать энергию в электрон-вольтах (эВ). Поскольку 1 эВ = 1,6 · 10^-19 Дж, Е₁ = 0,46 эВ.

На что же идет затраченная энергия? Ответ почти очевидный - на преодоление силы притяжения, которая действует со стороны жидкости на вылетающую молекулу. Каждая молекула взаимодействует с окружающими ее другими молекулами. Сила взаимодействия на малых расстояниях (r < r₀) имеет характер отталкивания, а на больших (r > r₀) - притяжения. В толще жидкости каждая молекула окружена другими такими же молекулами со всех сторон, и средняя результирующая сила равна нулю. В другом положении оказывается молекула, которая пытается покинуть поверхность воды и улететь в свободное пространство. Она притягивается к молекулам, расположенным на поверхности, и эта сила не скомпенсирована никаким другим притяжением. Поэтому, чтобы преодолеть притяжение и окончательно покинуть поверхность воды, молекула должна обладать достаточно большой кинетической энергией. Сравните: средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул воды, равная 3/2 kТ, где k = 1,38 · 10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана, при Т = 290 К составляет 0,038 эВ, что на порядок меньше энергии Е,, которую необходимо сообщить молекуле для ее удаления из жидкости. Значит, покинуть поверхность могут лишь те немногочисленные молекулы, которые, находясь вблизи поверхности, в результате случайных столкновений приобрели энергию, на порядок большую среднего значения.

Теперь мы можем несколько иначе взглянуть на теплоту парообразования. Конечно, поглощаемое водой тепло не передается непосредственно тем молекулам, которые вылетают с поверхности. Эти молекулы получают избыточную энергию случайным образом от своего окружения. Однако в результате того, что жидкость покидают не любые, а только самые «энергичные» молекулы, на каждую оставшуюся молекулу приходится уже несколько меньшая энергетическая норма. Если жидкость не «скомпенсирует» эту потерю, поглотив из окружающей среды достаточное количество теплоты, то ее температура будет уменьшаться.

Возникает вопрос: а могут ли испаряться твердые тела?

Эксперимент «Испарение йода»

В круглодонной колбе находятся кристаллы йода. Сверху колба плотно закрыта резиновой пробкой. Выскажите и запишите гипотезу о том, что произойдет с кристалликами йода при нагревании колбы в пламени спиртовки.

Далее учащиеся открывают свои учебники на с. 293, записывают в тетрадь, что такое конденсация и примеры.

IV. Повторение изученного

1. Сформулируйте определение процессов испарения и конденсации. При каком условии происходит испарение жидкости?

2. От каких факторов зависит скорость испарения жидкости?

3. Что такое удельная теплота парообразования? На что расходуется подводимое количество теплоты при парообразовании?

4. Почему при ветре жара переносится легче?

5. Одинакова ли внутренняя энергия 1 кг воды и 1 кг пара при температуре 100 °С?

Домашнее задание

Стр. 191 (1-4).