Исследование причин испарения жидкостей

Существует два способа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение.

Два этих способа отличаются тем, что испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение происходит по всему объёму.

Кипение – быстрый процесс, и от кипящей воды за короткий срок не остаётся и следа, она превращается в пар.

Испарение происходит при любой температуре вне зависимости от давления, которое в обычных условиях всегда близко к 760 мм рт. ст. Испарение, в отличие от кипения, очень медленный процесс. Флакон с одеколоном, который мы забыли закрыть, окажется пустым через несколько дней; больше времени простоит блюдце с водой, но рано или поздно и оно окажется сухим.

Скорость испарения зависит от нескольких причин:

А) Скорость испарения зависит от рода жидкости.

Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой. Ведь в этом случае преодолеть притяжение и вылететь из жидкости может большее число молекул.

Б) Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости.

Чем выше температура жидкости, тем больше в ней число быстро движущихся молекул, способных преодолеть силы притяжения окружающих молекул и вылететь с поверхности жидкости.

В) Скорость испарения жидкости зависит от площади её поверхности.

Эта причина объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь поверхности жидкости, тем большее число молекул одновременно вылетает с неё в воздух.

Г) Испарение жидкости происходит быстрее при ветре.

Одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших её, снова в неё возвращается. Поэтому масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться.

Для исследования потребуется:

А) стеклянные сосуды различной площади сечения, мензурки

Б) весы школьные

В) жидкости различной плотности (вода пресная, спирт, масло подсолнечное)

Г) морковь, картофель, яблоко, хлеб чёрный

Д) термометр

А) Исследование зависимости скорости испарения от рода испаряемых жидкостей.

Для исследования этой зависимости учащиеся берут 3 одинаковых сосуда, наполняя их спиртом, водой пресной, подсолнечным маслом и наблюдают испарение. Записывают дату и время начала эксперимента, последовательно фиксируя время полного испарения каждой исследуемой жидкости. По результатам измерений составляют таблицу, куда записывают скорость испарения жидкости по степени их уменьшения.

Вид жидкости 24. 11. 25. 11. 27. 11. 1. 12. 10. 12. 15. 12. 20. 12.

2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006

Вода пресная 10мг 8мг 5мг 2мг 1мг 0мг 0мг

Спирт 10мг 7мг 4мг 0мг 0мг 0мг 0мг

Масло подсол. 10мг 9,5мг 9мг 8мг 7мг 6мг 5мг

Так как процесс испарения широко используется при сушке плодов, ягод, овощей и грибов, то это задание имеет важное практическое значение. Учащиеся экспериментально определяют процент выхода сушёных продуктов каждого вида, составляют таблицу выхода сушёных сельскохозяйственных продуктов:

Вид продукта Масса свежего продукта Масса сушёного продукта Выход сушёного продукта в % от первоначальной массы

Яблоки 207г 300мг 31г 15%

Морковь 34г 300мг 4г 900мг 14%

Картофель 80г 710мг 16г 9мг 21%

Хлеб (чёрный) 46г 100мг 25г 250мг 55%

Практическое применение результатов теории и эксперимента.

На основании полученных данных, учащиеся решили высчитать реальную прибыль от одной буханки чёрного хлеба, для изготовления сухариков.

1. буханка хлеба (750г) – 10 руб.

1. пачка сухариков (50 г) – 6 руб.

Используя табличные данные, высчитали, сколько сухариков получается из одной буханки хлеба:

750г – Х г

46,1 г – 25,25 г Итого: 411г

Подсчитаем, сколько получится из этих сухариков пачек:

411/50 = 8,2 (пачек)

Тогда стоимость одной пачки:

8,2 * 6 = 49,2 (руб. )

49,2 – 10 = 39,2 ( руб. )

Но, надо учитывать расходы на производство, заработную плату рабочим и упаковку. Хотя часть суммы может быть компенсирована тем, что хлеб приобретался не свежий, а не реализованный в срок.

По полученным данным, испарение жидкости зависит от их плотности: чем больше плотность, тем медленнее испаряется жидкость.

Вид жидкости Плотность жидкости, кг/куб. м Время испарения, часы.

Вода пресная 1000 580

Спирт 800 145

Масло подсолнечное 1000 5800

Обращает на себя внимание тот факт, что при одинаковой плотности пресной воды и подсолнечного масла, скорость испарения у этих жидкостей различная (плотность масла ученики высчитали сами, используя мензурку и ученические весы). Воспользовавшись дополнительной литературой и знаниями, уже полученными из курса химии, можно объяснить этот факт тем, что вода является веществом неорганическим, причём между молекулами особая связь – водородная. Эта связь является очень слабой. Масло относится к органическим веществам. Это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и карбоновых кислот. Из-за сложного строения – эта связь будет значительно устойчивее.

Б) Исследование испарения от температуры жидкости.

На газовую плиту устанавливается сосуд с водой и доводится до кипения. Затем учащиеся опускают сосуды с жидкостями: спиртом и пресной водой. По таблице температур кипения веществ находим, что температура кипения воды – 100 градусов, а спирта – 78 градусов. Объём жидкостей и площадь испарения одинаковая.

Название вещества Испарение при комнатной температуре, часы. Испарение при температуре кипения, часы.

Спирт 30 0,07

Вода пресная 120 0,25

Исследование показало, что при повышенной температуре испарение проходит быстрее, чем при комнатной температуре. Объясняется это явление тем, что при повышении температуры, скорость молекул возрастает, и они с лёгкостью покидают поверхность жидкости.

В) Исследование зависимости скорости испарения от площади поверхности испаряемых жидкостей.

Для эксперимента потребуется:

А) 3 рода жидкости (вода пресная, спирт, масло подсолнечное)

Б) 3 набора мензурок, в каждом из которых по 3 мензурки с различной площадью свободной поверхности.

Высчитываем площади поверхностей испаряемых жидкостей:

Вид жидкости Диаметр мензурки, см Площадь сечения, см

Большая 6,6 34,1946

Средняя 3,5 9,61625

Маленькая 3 7,065

Вид жидкости Время испарения, часы, большая Время испарения, часы, средняя Время испарения, часы, маленькая

Вода пресная 120 420 580

Спирт 30 105 145

Масло подсолнечное 1200 4100 5800

( Эксперимент с маслом учащиеся вычислили, используя соотношение испарившейся части масла и времени за которое оно испарилось)

После окончания эксперимента пришли к выводу: скорость испарения прямо пропорциональна площади свободной поверхности. В эксперименте нужно учесть неточность и погрешность измерений.

Г) Исследование зависимости скорости испарения от ветра.

Для эксперимента потребуется:

А) 2 рода жидкости (спирт, вода пресная)

Б) 4 одинаковых сосудов.

Название вещества Без ветра, часы С ветром, часы

Спирт 30 5

Вода пресная 120 19

Эксперимент показывает, что при ветре испарение проходит быстрее, чем в безветрие. Этим опытом объясняется быстрое высыхание белья и луж после дождя.