Етанолът е основната съставка на алкохолните напитки. Обикновената водка струва 40% от него. В ежедневието се нарича алкохол. Въпреки че всъщност този термин характеризира огромен клас органични вещества. Точката на кипене на алкохола при нормално налягане е 78,3 градуса по Целзий. Това се отнася само за неразреден етанол. Точката на кипене на алкохолен разтвор обикновено е малко по-ниска. В тази статия ще разберем какво е етанол. Ще обсъдим и неговите физични и химични свойства, особености на производство и приложение. Няма да подминем основния въпрос каква е точката на кипене на алкохола.

Главна информация

Етанолът е един от най-известните алкохоли. Съставът на неговата молекула включва елементи като въглерод, водород и кислород. Химическата формула на етанола е C 2 H 6 O. Това е безцветна течност със специфичен алкохолен мирис. По-лек е от водата. Точката на кипене на алкохола е 78,39 градуса по Целзий. Но това е при нормално налягане. Точката на кипене на ректифицирания алкохол е 78,15 градуса по Целзий. Съдържа 4,43% вода. Точката на кипене на етиловия алкохол е по-ниска, колкото по-разреден е той.

Приложение в бита и индустрията

Етиловият алкохол е отличен разтворител. Произвежда се чрез ферментация на захар с мая. В много села на постсъветските страни все още се прави у дома. Получената алкохолна напитка се нарича луна. Етиловият алкохол е най-старият развлекателен наркотик, използван от човека. Може да причини алкохолна интоксикация, ако се консумира в големи количества.

Етанолът е летливо запалимо вещество. Използва се в домакинствата и индустрията като антисептик, разтворител, гориво и активна течност в неживачни термометри (замръзва при -114 градуса по Целзий).

Точката на кипене на алкохола срещу налягане

Когато физичните свойства на веществата са посочени в справочниците, трябва да се разбира, че всички тези измервания са направени при така наречените нормални условия. С увеличаване на налягането точката на кипене на етанола намалява. Днес можете да намерите много таблици, които предоставят референтни данни по този въпрос. При 780 mmHg етанолът кипи при 78,91 градуса по Целзий, при 770 - 78,53ºC, при 760 - 78,15ºC, при 750 - 77,77ºC, при 740 - 77,39ºC, при 720 - 76,63ºC.

Точка на кипене на метилов алкохол

CH 3 OH първоначално е бил произведен като страничен продукт от деструктивната дестилация на дървесина. Към днешна дата се получава директно от въглероден диоксид и водород. Мирише много подобно на етанол. Метанолът обаче е силно токсичен и може да доведе до човешка смърт. Точката на кипене на алкохола е 64,7 градуса по Целзий. Използва се като антифриз и разтворител. Използва се и за производството на биодизелово гориво.

История на производството

Ферментацията на захар за получаване на етанол е една от най-ранните биотехнологии в услуга на човечеството. Упойващият ефект на напитките на негова основа е известен от древността. Хората винаги са харесвали състоянието на променено съзнание, което причинява. Още преди 9000 години китайците са познавали алкохолните напитки. Дестилацията като процес е била добре позната на арабите и гърците, но те са имали достатъчно вино. Алхимиците се научили да произвеждат алкохол от него едва през 12 век. Синтетично, етанолът е произведен за първи път едва през 1825 г. от Майкъл Фарадей.

Химия и медицина

Етанолът се използва главно като суровина за производството на други вещества и като разтворител. Той е един от компонентите на много домакински химикали, които се използват ежедневно в ежедневието. Етанолът се съдържа в чистачките и антифриза. В медицината се използва като най-простият антисептик. Дезинфекцира добре и изсушава рани. Използва се и за направата на всякакви тинктури и екстракти. Освен това охлажда и затопля добре. При липса на други лекарства се използва като упойка.

Общество и култура

Проучване, публикувано през 2002 г., установи, че 41% от смъртните случаи при автомобилни катастрофи се дължат на шофиране в нетрезво състояние. Колкото по-високо е съдържанието на алкохол в кръвта на шофьора, толкова по-голям е рискът. Употребата на алкохолни напитки има дълга история. Много изследвания са посветени на този социален феномен. Процесът на пиене на алкохолни напитки и интоксикация са описани в много произведения на изкуството. Известният новогодишен филм "Иронията на съдбата или наслаждавайте се на банята си!" е посветен само на последствията от злоупотребата с алкохол, макар и в комедийна форма. Много креативни хора са използвали алкохола като необходим елемент за генериране на нови идеи или като лесен начин за преодоляване на стреса. Умереното пиене е приемливо и дори желателно в повечето съвременни култури. Пиенето на алкохол е традиция на много празнични поводи. Изключение прави ислямът. Според правилата на тази религия употребата на всякакви алкохолни напитки е ужасен грях.

Алкохолизъм и неговите последствия

Прекомерното пиене е болест. Характеризира се с физическа и психическа зависимост от водка или други силни напитки, това е вид злоупотреба с вещества. Алкохолиците губят контрол над това колко пият. Имат нужда от повече и повече, за да се забавляват. Смята се, че подобряването на благосъстоянието на населението води само до увеличаване на консумацията на алкохолни напитки. За първи път шведският лекар М. Хус се заема с изучаването на хроничния алкохолизъм през 1849 г. Той открои редица патологични промени, които се появяват при човек със системна употреба на алкохол. Сега учените очертават ясна граница между пиянството и алкохолизма. Второто е заболяване, с което самият човек не може да се справи. В своето развитие преминава през няколко етапа. На всеки нов етап има постепенно нарастване на зависимостта. Пациентът се нуждае от нарастваща доза. Постепенно хроничната алкохолна интоксикация води до соматични разстройства. Първоначалните признаци на физическа и психическа зависимост включват загуба на контрол върху употребата и появата на преяждане. Хората с тежък алкохолизъм се отличават с нарушения в работата на вътрешните органи и психични разстройства.

Лечение и профилактика

За борба с алкохолната зависимост са необходими лекарства. Първо, лекарствата са необходими за отстраняване на неизправности в тялото. На второ място, лекарствата, които не са съвместими с алкохола, са задължителни. Обяснява се на пациента, че прекомерното пиене по време на лечението може да доведе до неговата смърт. Освен това психолозите трябва да работят с пациентите. Тяхната задача е да консолидират ефекта от лечението и да формират негативен образ на пиянството. Задължителна е и социалната рехабилитация на бившите алкохолици. Важно е да помогнете на човек да намери своето място в обществото, да върне семейството. Щастливите хора не се напиват. Следователно лечението на алкохолизма зависи повече от уменията на психолога.

кипене- Това е интензивен преход на течност към пара, протичащ с образуването на парни мехурчета в целия обем на течността при определена температура.

По време на кипене температурата на течността и парите над нея не се променят. Остава непроменен, докато цялата течност изври. Това е така, защото цялата енергия, предоставена на течността, се изразходва за превръщането й в пара.

Температурата, при която течността кипи, се нарича точка на кипене.

Точката на кипене зависи от налягането, упражнявано върху свободната повърхност на течността. Това се дължи на зависимостта на налягането на наситените пари от температурата. Парният мехур расте, докато налягането на наситената пара вътре в него леко надвишава налягането в течността, което е сумата от външното налягане и хидростатичното налягане на колоната течност.

Колкото по-голямо е външното налягане, толкова повече температура на кипене.

Всеки знае, че водата кипи при 100 ºC. Но не трябва да забравяме, че това е вярно само при нормално атмосферно налягане (около 101 kPa). С увеличаване на налягането температурата на кипене на водата се повишава. Така например в тенджери под налягане храната се готви под налягане от около 200 kPa. Точката на кипене на водата достига 120°C. Във вода с тази температура процесът на готвене е много по-бърз, отколкото в обикновена вряща вода. Това обяснява името "тенджера под налягане".

Обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Например в планинските райони (на надморска височина 3 km, където налягането е 70 kPa) водата кипи при температура 90 ° C. Следователно жителите на тези райони, използващи такава вряща вода, изискват много повече време за готвене, отколкото жителите на равнините. И да се готви в тази вряща вода, например, пилешко яйце обикновено е невъзможно, тъй като при температура под 100 ° C протеинът не коагулира.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на съответната течност, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене от 100 ° C, налягането на наситените водни пари е 101 325 Pa (760 mm Hg), а налягането на парите е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при 357°C при нормално налягане.

Топлината на изпаряване.

Топлина на изпаряване (топлина на изпарение)- количеството топлина, което трябва да се предаде на веществото (при постоянно налягане и постоянна температура) за пълното превръщане на течно вещество в пара.

Количеството топлина, необходимо за изпаряване (или освободено по време на кондензация). За изчисляване на количеството топлина Q, необходими за превръщането в пара на течност с всякаква маса, взета при точката на кипене, имате нужда от специфичната топлина на изпаряване rум-нож към масата м:

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.

Задачата се състои от два етапа - да се установи зависимостта на атмосферното налягане от надморската височина и зависимостта на точката на кипене от налягането. Да започнем с последното, като по-интересно.

Кипенето е фазов преход от първи вид (водата променя агрегатното си състояние от течно в газообразно).
Фазовият преход от първи вид се описва от уравнението на Клапейрон:
,
Където
- специфична топлина на фазовия преход, която е числено равна на количеството топлина, отчетено към единицата маса на веществото за осъществяване на фазовия преход,
- температура на фазов преход,
- промяна на специфичния обем по време на прехода

Клаузиус опростява уравнението на Клапейрон за случаите на изпаряване и сублимация, като приема, че

1. Парата се подчинява на закона за идеалния газ
2. Специфичният обем на течността е много по-малък от специфичния обем на парата

От точка едно следва, че състоянието на парата може да се опише с уравнението на Менделеев-Клапейрон
,
а от точка втора - че специфичният обем на течността може да се пренебрегне.

Така уравнението на Клапейрон приема формата
,
където специфичният обем може да бъде изразен чрез
,
и накрая

разделяйки променливите, получаваме

Интегрирайки лявата страна от до и дясната страна от до , т.е. от една точка до друга точка, лежаща на линията на равновесие течност-пара, получаваме уравнението

наречено уравнение на Клаузиус-Клапейрон.

Всъщност това е желаната зависимост на точката на кипене от налягането.

Нека направим още няколко промени.
,
Тук
- моларна маса на водата, 18 g/mol

Универсална газова константа, 8,31 J/(mol × K)

Специфична топлина на изпаряване на водата 2,3 × 10 6 J/kg

Сега остава да се установи зависимостта на атмосферното налягане от надморската височина. Тук ще използваме барометричната формула (все пак нямаме друга):

или
,
Тук
- моларна маса на въздуха, 29 g/mol
- универсална газова константа, 8,31 J/(mol×K)
- ускорение на гравитацията, 9,81 m/(s×s)
- температура на въздуха

Стойностите, свързани с въздуха, ще бъдат отбелязани с индекс v, тези, свързани с водата - h
Приравнявайки и премахвайки експонентата, получаваме

Е, крайната формула

Всъщност действителното налягане на въздуха не следва барометричната формула, тъй като при големи промени във височината температурата на въздуха не може да се счита за постоянна. В допълнение, ускорението на свободното падане зависи от географската ширина, а атмосферното налягане също зависи от концентрацията на водни пари. Тоест според тази формула ще получим приблизителна стойност. Затова по-долу съм включил друг калкулатор, който използва формула за изчисляване на точката на кипене в зависимост от налягането на въздуха в милиметри живачен стълб.

Калкулатор за температура на кипене спрямо надморска височина.

Състояния на материята

Желязни пари и твърд въздух

Не е ли странна комбинация от думи? Това обаче изобщо не е глупост: както железните пари, така и твърдият въздух съществуват в природата, но не и при обикновени условия.

За какви условия говорим? Състоянието на материята се определя от две обстоятелства: температура и налягане.

Нашият живот протича в сравнително малко променящи се условия. Налягането на въздуха варира в рамките на няколко процента около една атмосфера; температурата на въздуха, да речем, в района на Москва е в диапазона от -30 до + 30 ° C; в абсолютната температурна скала, в която най-ниската възможна температура (-273 ° C) се приема за нула; този интервал ще изглежда по-малко впечатляващ: 240-300 К, което също е само ±10% от средната стойност.

Съвсем естествено е, че сме свикнали с тези обикновени условия и затова, когато казваме прости истини като: „желязото е твърдо вещество, въздухът е газ“ и т.н., забравяме да добавим: „при нормални условия“.

Ако желязото се нагрява, то първо се топи и след това се изпарява. Ако въздухът се охлади, той първо ще се превърне в течност и след това ще се втвърди.

Дори ако читателят никога не се е срещал с железни пари и твърд въздух, той вероятно лесно ще повярва, че всяко вещество чрез промяна на температурата може да се получи в твърдо, течно и газообразно състояние или, както се казва, в твърдо, течно състояние или газообразни фази.

Лесно е да се повярва в това, защото едно вещество, без което животът на Земята би бил невъзможен, всеки наблюдава и под формата на газ, и като течност, и под формата на твърдо тяло. Разбира се, говорим за вода.

Какви са условията, при които едно вещество преминава от едно състояние в друго?

кипене

Ако спуснем термометъра във водата, която се излива в чайника, включим електрическата печка и наблюдаваме живака на термометъра, ще видим следното: почти веднага нивото на живака ще се повиши. Вече е 90, 95, накрая 100°C. Водата завира и в същото време издигането на живака спира. Водата е вряла много минути, но нивото на живака не се променя. Докато цялата вода не изври, температурата няма да се промени (фиг. 4.1).

Ориз. 4.1

Къде отива топлината, ако температурата на водата не се променя? Отговорът е очевиден. Процесът на превръщане на водата в пара изисква енергия.

Нека сравним енергията на грам вода и грам пара, образувана от нея. Молекулите на парата са по-далеч една от друга от водните молекули. Ясно е, че поради това потенциалната енергия на водата ще се различава от потенциалната енергия на парата.

Потенциалната енергия на привлечените частици намалява, когато се приближават една към друга. Следователно енергията на парата е по-голяма от енергията на водата, а превръщането на водата в пара изисква енергия. Този излишък на енергия се предава от електрическа печка на вряща вода в чайник.

Енергията, необходима за превръщане на водата в пара; наречена топлина на изпаряване. Необходими са 539 калории, за да превърнете 1 g вода в пара (това е цифрата за температура от 100°C).

Ако 539 cal отиват на 1 g, тогава 18 * 539 \u003d 9700 cal ще бъдат изразходвани за 1 мол вода. Това количество топлина трябва да се изразходва за разрушаване на междумолекулните връзки.

Можете да сравните тази цифра с количеството работа, необходимо за разкъсване на вътрешномолекулни връзки. За да се раздели 1 мол водна пара на атоми, са необходими около 220 000 калории, тоест 25 пъти повече енергия. Това директно доказва слабостта на силите, които свързват молекулите една с друга, в сравнение със силите, които дърпат атомите заедно в една молекула.

Температура на кипене спрямо налягане

Точката на кипене на водата е 100°C; някой може да си помисли, че това е присъщо свойство на водата, че водата, където и при какви условия да е, винаги ще кипи при 100 °C.

Но това не е така и жителите на високопланинските села го знаят добре.

Близо до върха на Елбрус има къща за туристи и научна станция. Начинаещите понякога се чудят „колко трудно е да сварите яйце във вряща вода“ или „защо врящата вода не гори“. При тези условия им се казва, че водата кипи на върха на Елбрус вече при 82°C.

Какво има тук? Какъв физически фактор пречи на явлението кипене? Какво е значението на надморската височина?

Този физически фактор е налягането, действащо върху повърхността на течността. Не е необходимо да се изкачвате до върха на планината, за да проверите валидността на казаното.

Чрез поставяне на нагрята вода под камбаната и изпомпване на въздух в или извън нея, човек може да се убеди, че точката на кипене се повишава с увеличаване на налягането и пада с намаляване на налягането.

Водата кипи при 100°C само при определено налягане - 760 mm Hg. Изкуство. (или 1 atm).

Кривата на точката на кипене спрямо налягането е показана на фиг. 4.2. На върха на Елбрус налягането е 0,5 atm и това налягане съответства на точка на кипене от 82 ° C.

Ориз. 4.2

Но вода, кипяща при 10-15 mm Hg. Чл., можете да се освежите в горещо време. При това налягане точката на кипене ще падне до 10-15°C.

Можете дори да получите "вряща вода", която има температура на замръзваща вода. За да направите това, ще трябва да намалите налягането до 4,6 mm Hg. Изкуство.

Интересна картина може да се наблюдава, ако поставите отворен съд с вода под камбаната и изпомпате въздуха. Изпомпването ще накара водата да заври, но кипенето изисква топлина. Няма откъде да се вземе и водата ще трябва да отдаде енергията си. Температурата на врящата вода ще започне да пада, но докато изпомпването продължава, налягането също ще се понижи. Следователно кипенето няма да спре, водата ще продължи да се охлажда и накрая ще замръзне.

Такова кипене на студена вода се случва не само при изпомпване на въздуха. Например, когато витлото на кораба се върти, налягането в слой вода, който се движи бързо в близост до метална повърхност, рязко пада и водата в този слой кипи, т.е. в него се появяват множество мехурчета, пълни с пара. Това явление се нарича кавитация (от латинската дума cavitas - кухина).

Като намалим налягането, понижаваме точката на кипене. Какво ще кажете за увеличаването му? Графика като нашата отговаря на този въпрос. Налягане от 15 atm може да забави кипенето на водата, то ще започне само при 200°C, а налягане от 80 atm ще накара водата да заври само при 300°C.

И така, определено външно налягане съответства на определена точка на кипене. Но това твърдение може също да бъде "обърнато", казвайки следното: всяка точка на кипене на водата съответства на собственото си специфично налягане. Това налягане се нарича парно налягане.

Кривата, изобразяваща точката на кипене като функция от налягането, също е кривата на налягането на парите като функция от температурата.

Цифрите, нанесени върху графика на точката на кипене (или графика на налягането на парите), показват, че налягането на парите се променя много бързо с температурата. При 0°C (т.е. 273 K) налягането на парите е 4,6 mm Hg. Чл., при 100 ° C (373 K) е равно на 760 mm Hg. чл., т.е. се увеличава 165 пъти. Когато температурата се удвои (от 0 ° C, т.е. 273 K, до 273 ° C, т.е. 546 K), налягането на парите се увеличава от 4,6 mm Hg. Изкуство. до почти 60 atm, т.е. около 10 000 пъти.

Следователно, напротив, точката на кипене се променя доста бавно с налягане. Когато налягането се удвои от 0,5 atm на 1 atm, точката на кипене се повишава от 82°C (355 K) до 100°C (373 K), а когато налягането се удвои от 1 на 2 atm, от 100°C (373 K) до 120°C (393 K).

Същата крива, която сега разглеждаме, също контролира кондензацията (сгъстяването) на пара във вода.

Парата може да се преобразува във вода чрез компресия или охлаждане.

Както по време на кипене, така и по време на кондензация, точката няма да се измести от кривата, докато не завърши превръщането на парата във вода или водата в пара. Това може да се формулира и по следния начин: при условията на нашата крива и само при тези условия е възможно съвместното съществуване на течност и пара. Ако в същото време не се добавя или отнема топлина, тогава количествата пара и течност в затворен съд ще останат непроменени. За такива пара и течност се казва, че са в равновесие, а за пара в равновесие с течността се казва, че е наситена.

Кривата на кипене и кондензация, както виждаме, има друго значение: това е кривата на равновесие на течността и парата. Равновесната крива разделя полето на диаграмата на две части. Вляво и нагоре (към по-високи температури и по-ниско налягане) е областта на стационарното състояние на парата. Вдясно и надолу - областта на стабилното състояние на течността.

Кривата на равновесие пара-течност, т.е. зависимостта на точката на кипене от налягането или, което е същото, налягането на парата от температурата, е приблизително еднаква за всички течности. В някои случаи промяната може да бъде малко по-рязка, в други - малко по-бавна, но винаги налягането на парите нараства бързо с повишаване на температурата.

Много пъти сме използвали думите "газ" и "пара". Тези две думи са почти еднакви. Можем да кажем: водният газ е парата на водата, газът кислород е парата на течния кислород. Въпреки това се е развил известен навик при използването на тези две думи. Тъй като сме свикнали с определен сравнително малък температурен диапазон, обикновено използваме думата "газ" за онези вещества, чието налягане на парите при обикновени температури е над атмосферното налягане. Напротив, говорим за пара, когато при стайна температура и атмосферно налягане веществото е по-стабилно под формата на течност.

Изпарение

Варенето е бърз процес и за кратко време няма следа от вряща вода, тя се превръща в пара.

Но има и друг феномен на превръщането на вода или друга течност в пара - това е изпарението. Изпарението става при всяка температура, независимо от налягането, което при нормални условия винаги е близо до 760 mm Hg. Изкуство. Изпаряването, за разлика от кипенето, е много бавен процес. Бутилката одеколон, която сме забравили да затворим, ще бъде празна след няколко дни; повече време o чинийка с вода ще стои, но рано или късно ще се окаже суха.

Въздухът играе важна роля в процеса на изпаряване. Сам по себе си той не пречи на водата да се изпари. Веднага щом отворим повърхността на течността, водните молекули ще започнат да се движат в най-близкия слой въздух.

Плътността на парите в този слой ще се увеличи бързо; след кратко време налягането на парите ще стане равно на еластичността, характерна за температурата на средата. В този случай налягането на парите ще бъде точно същото като при липса на въздух.

Преминаването на пара във въздух, разбира се, не означава повишаване на налягането. Общото налягане в пространството над повърхността на водата не се увеличава, само делът на това налягане, който се поема от парата, се увеличава и съответно делът на въздуха, който се измества от парата, намалява.

Над водата има пара, смесена с въздух, отгоре има слоеве въздух без пара. Те неизбежно ще се смесят. Водната пара непрекъснато ще се движи към по-високите слоеве, а на нейно място въздухът ще тече в долния слой, който не съдържа водни молекули. Следователно в най-близкия до водата слой винаги ще се освобождават места за нови водни молекули. Водата непрекъснато ще се изпарява, поддържайки налягането на водните пари на повърхността, равно на еластичността, и процесът ще продължи, докато водата се изпари напълно.

Започнахме с примера с одеколон и вода. Добре известно е, че те се изпаряват с различна скорост. Етерът се изпарява изключително бързо, алкохолът доста бързо, а водата много по-бавно. Веднага ще разберем какво става, ако намерим в справочника стойностите на налягането на парите на тези течности, да речем, при стайна температура. Ето и числата: етер - 437 mm Hg. чл., алкохол - 44,5 mm Hg. Изкуство. и вода - 17,5 mm Hg. Изкуство.

Колкото по-голяма е еластичността, толкова повече пари има в съседния слой въздух и толкова по-бързо се изпарява течността. Знаем, че налягането на парите се увеличава с температурата. Ясно е защо скоростта на изпарение се увеличава с нагряване.

Скоростта на изпарение може да се повлияе и по друг начин. Ако искаме да подпомогнем изпарението, трябва бързо да отстраним парите от течността, т.е. да ускорим смесването на въздуха. Ето защо изпарението се ускорява значително чрез издухване на течността. Водата, въпреки че има сравнително малко налягане на парите, ще изчезне доста бързо, ако чинийката се постави на вятъра.

Следователно е разбираемо защо плувецът, който излиза от водата, се чувства студен от вятъра. Вятърът ускорява смесването на въздуха с пара и следователно ускорява изпарението, а топлината за изпаряване е принудена да се откаже от човешкото тяло.

Благополучието на човек зависи от това дали във въздуха има много или малко водни пари. И сухият, и влажният въздух са неприятни. Влажността се счита за нормална, когато е 60%. Това означава, че плътността на водната пара е 60% от плътността на наситената водна пара при същата температура.

Ако влажният въздух се охлажда, тогава в крайна сметка налягането на водната пара в него ще бъде равно на налягането на парата при тази температура. Парата ще стане наситена и с по-нататъшно понижаване на температурата ще започне да кондензира във вода. Сутрешната роса, овлажняваща тревата и листата, се появява точно поради това явление.

При 20°C плътността на наситените водни пари е около 0,00002 g/cm 3 . Ще се чувстваме добре, ако въздухът съдържа 60% от това количество водни пари - което означава само малко повече от една стохилядна от грама в 1 cm3.

Въпреки че тази цифра е малка, тя ще доведе до впечатляващи количества пара за една стая. Лесно е да се изчисли, че в средно голяма стая с площ от 12 m 2 и височина 3 m може да се "побере" около килограм вода под формата на наситена пара.

Така че, ако затворите плътно такава стая и поставите отворена бъчва с вода, тогава един литър вода ще се изпари, независимо от вместимостта на бъчвата.

Интересно е да се сравни този резултат за вода със съответните цифри за живак. При същата температура от 20°C, плътността на наситените живачни пари е 10 -8 g/cm 3 .

В стаята, която току-що обсъдихме, няма да се поберат повече от 1 g живачни пари.

Между другото, живачните пари са много токсични и 1 g живачни пари могат сериозно да увредят здравето на всеки човек. При работа с живак трябва да се внимава и най-малката капка живак да не се разлее.

Критична температура

Как да превърнем газ в течност? Графиката на кипене отговаря на този въпрос. Можете да превърнете газ в течност, като намалите температурата или увеличите налягането.

През 19 век повишаването на налягането изглеждаше по-лесно от понижаването на температурата. В началото на този век великият английски физик Майкъл Фарада успя да компресира газовете до стойностите на парното налягане и по този начин да превърне много газове (хлор, въглероден диоксид и др.) в течност.

Въпреки това, някои газове - водород, азот, кислород - не се поддават на втечняване. Колкото и да беше увеличено налягането, те не се превърнаха в течност. Човек може да си помисли, че кислородът и другите газове не могат да бъдат течни. Те бяха класифицирани като истински или постоянни газове.

Всъщност провалите са причинени от неразбиране на едно важно обстоятелство.

Помислете за течност и пара в равновесие и помислете какво се случва с тях, когато точката на кипене се повиши и, разбира се, когато налягането се повиши съответно. С други думи, представете си, че точка от графиката на кипене се движи нагоре по кривата. Ясно е, че течността се разширява с повишаване на температурата и нейната плътност намалява. Що се отнася до парата, повишаване на точката на кипене? разбира се, допринася за неговото разширяване, но, както вече казахме, налягането на наситените пари се повишава много по-бързо от точката на кипене. Следователно плътността на парите не пада, а напротив, бързо се увеличава с повишаване на точката на кипене.

Тъй като плътността на течността пада, а плътността на парата се увеличава, тогава, движейки се "нагоре" по кривата на кипене, неизбежно ще достигнем точка, в която плътностите на течността и парата стават равни (фиг. 4.3).

Ориз. 4.3

В тази забележителна точка, която се нарича критична точка, кривата на кипене завършва. Тъй като всички разлики между газ и течност се дължат на разликата в плътността, в критичната точка свойствата на течността и газа стават еднакви. Всяко вещество има собствена критична температура и собствено критично налягане. Така за водата критичната точка съответства на температура от 374°C и налягане от 218,5 atm.

Ако компресирате газ, чиято температура е под критичната, тогава процесът на неговото компресиране ще бъде изобразен със стрелка, пресичаща кривата на кипене (фиг. 4.4). Това означава, че в момента на достигане на налягане, равно на налягането на парите (точката на пресичане на стрелката с кривата на кипене), газът ще започне да кондензира в течност. Ако нашият съд беше прозрачен, тогава в този момент щяхме да видим началото на образуването на течен слой на дъното на съда. При постоянно налягане слоят течност ще расте, докато накрая целият газ се превърне в течност. По-нататъшното компресиране ще изисква увеличаване на налягането.

Ориз. 4.4

Ситуацията е съвсем различна, когато се компресира газ, чиято температура е по-висока от критичната. Процесът на компресиране отново може да бъде изобразен като стрелка, вървяща отдолу нагоре. Но сега тази стрелка не пресича кривата на кипене. Това означава, че по време на компресията парата няма да кондензира, а само ще кондензира непрекъснато.

При температура над критичната е невъзможно съществуването на течност и газ, разделени от интерфейс: когато се компресира до всякаква плътност, под буталото ще има хомогенна субстанция и е трудно да се каже кога може да се нарече газ и кога може да се нарече течност.

Наличието на критична точка показва, че няма принципна разлика между течното и газообразното състояние. На пръв поглед може да изглежда, че няма такава фундаментална разлика само в случаите, когато говорим за температури над критичната. Това обаче не е така. Наличието на критична точка показва възможността течността - истинска течност, която може да се налее в чаша - да се превърне в газообразно състояние без никакво подобие на кипене.

Този път на трансформация е показан на фиг. 4.4. Известната течност е отбелязана с кръст. Ако намалите малко налягането (стрелка надолу), ще заври, ще заври, ако повишите малко температурата (стрелка надясно). Но ние ще направим нещо съвсем различно, ще компресираме течността много силно, до налягане над критичното. Точката, представяща състоянието на течността, ще върви вертикално нагоре. След това загряваме течността - този процес е изобразен с хоризонтална линия. Сега, след като сме се озовали вдясно от Критичната температура, ще намалим налягането до първоначалното. Ако сега намалим температурата, тогава можем да получим най-истинската пара, която може да се получи от тази течност по по-прост и кратък начин.

По този начин винаги е възможно чрез промяна на налягането и температурата, за да се заобиколи критичната точка, да се получи пара чрез непрекъснат преход от течност или течност от пара. Такъв непрекъснат преход не изисква кипене или кондензация.

Следователно ранните опити за втечняване на газове като кислород, азот и водород бяха неуспешни, тъй като не беше известно съществуването на критична температура. Тези газове имат много ниски критични температури: азотът има -147°C, кислородът има -119°C, водородът има -240°C или 33 K. Рекордьорът е хелият, неговата критична температура е 4,3 K. Превърнете тези газове в течност може да се направи само по един начин - необходимо е да се намали температурата им под определената.

Получаване на ниски температури

Значително понижаване на температурата може да се постигне по различни начини. Но идеята на всички методи е една и съща: трябва да принудим тялото, което искаме да охладим, да изразходва вътрешната си енергия.

Как да го направим? Един от начините е течността да заври, без да се доставя топлина отвън. За да направите това, както знаем, е необходимо да се намали налягането - да се намали до стойността на налягането на парите. Топлината, изразходвана за кипене, ще бъде взета назаем от течността и температурата на течността и парите, а с това и налягането на парите ще падне. Следователно, за да не спира кипенето и да става по-бързо, от съда с течността трябва непрекъснато да се изпомпва въздух.

Има обаче ограничение за спада на температурата по време на този процес: налягането на парите в крайна сметка става напълно незначително и дори най-мощните помпени помпи не могат да създадат необходимото налягане.

За да продължи понижаването на температурата, е възможно чрез охлаждане на газа с получената течност да се превърне в течност с по-ниска точка на кипене.

Сега процесът на изпомпване може да се повтори с второто вещество и по този начин могат да се получат по-ниски температури. Ако е необходимо, такъв "каскаден" метод за получаване на ниски температури може да бъде разширен.

Точно това направиха в края на миналия век; втечняването на газовете се извършва на етапи: етилен, кислород, азот, водород, вещества с точки на кипене от -103, -183, -196 и -253 ° C, последователно се превръщат в течност. Имайки течен водород, можете да получите и най-ниската кипяща течност - хелий (-269 ° C). Съседът от "ляво" помогна да се вземе съседът от "дясно".

Методът на каскадно охлаждане е почти на сто години. През 1877 г. по този метод е получен течен въздух.

През 1884-1885г. за първи път е произведен течен водород. Най-накрая, след още двадесет години, последната крепост е превзета: през 1908 г. Камерлинг-Онес в град Лайден в Холандия превръща хелия в течност - вещество с най-ниска критична температура. Наскоро беше отбелязана 70-годишнината от това важно научно постижение.

В продължение на много години Лайденската лаборатория беше единствената „нискотемпературна“ лаборатория. Сега във всички страни има десетки такива лаборатории, да не говорим за заводи, които произвеждат течен въздух, азот, кислород и хелий за технически цели.

Сега рядко се използва каскадният метод за получаване на ниски температури. В техническите инсталации за понижаване на температурата се използва друг метод за понижаване на вътрешната енергия на газа: газът се принуждава да се разширява бързо и да извършва работа за сметка на вътрешната енергия.

Ако например въздух, сгъстен до няколко атмосфери, се постави в разширител, тогава когато се извърши работата по преместване на буталото или въртене на турбината, въздухът ще се охлади толкова рязко, че ще се превърне в течност. Въглеродният диоксид, ако се освободи бързо от цилиндъра, се охлажда толкова рязко, че се превръща в "лед" в движение.

Течните газове се използват широко в инженерството. Течният кислород се използва във взривната техника като компонент на горивната смес в реактивните двигатели.

Втечняването на въздуха се използва в инженерството за разделяне на газовете, които изграждат въздуха.

В различни области на технологията се изисква да се работи при температура на течния въздух. Но за много физически изследвания тази температура не е достатъчно ниска. Наистина, ако преведем градуси по Целзий в абсолютна скала, ще видим, че температурата на течния въздух е около 1/3 от стайната температура. Много по-интересни за физиката са "водородните" температури, т.е. температури от порядъка на 14-20 К, и особено "хелиевите" температури. Най-ниската температура, получена при изпомпване на течен хелий, е 0,7 К.

Физиците успяха да се доближат много по-близо до абсолютната нула. Понастоящем са получени температури, превишаващи абсолютната нула само с няколко хилядни от градуса. Въпреки това, тези свръхниски температури се получават по начини, които не са подобни на описаните по-горе.

През последните години физиката на ниските температури породи специален клон на индустрията, занимаващ се с производството на апарати, които позволяват поддържането на големи обеми при температура, близка до абсолютната нула; са разработени силови кабели, чиито шини работят при температура под 10 K.

Преохладена пара и прегрята течност

При прехода на точката на кипене парата трябва да се кондензира, да се превърне в течност. Въпреки това,; Оказва се, че ако парата не влиза в контакт с течността и ако парата е много чиста, тогава е възможно да се получи преохладена или пренаситена пара - пара, която отдавна трябва да е станала течност.

Пренаситената пара е много нестабилна. Понякога един тласък или зърно пара, хвърлено в космоса, е достатъчно, за да започне закъсняла кондензация.

Опитът показва, че кондензацията на молекулите на парата се улеснява значително от въвеждането на малки чужди частици в парата. В прашен въздух не се получава пренасищане на водни пари. Може да причини кондензация с облаци дим. В крайна сметка димът се състои от малки твърди частици. Попадайки в парата, тези частици събират около себе си молекули и се превръщат в центрове на кондензация.

Така че, макар и нестабилна, парата може да съществува в температурния диапазон, адаптиран за "живота" на течността.

Може ли течност да "живее" в областта на парата при същите условия? С други думи, възможно ли е прегряване на течност?

Оказва се, че можете. За да направите това, е необходимо да се гарантира, че молекулите на течността не се откъсват от нейната повърхност. Радикалното средство е да се елиминира свободната повърхност, тоест течността да се постави в съд, където тя да бъде компресирана от всички страни от плътни стени. По този начин е възможно да се постигне прегряване от порядъка на няколко градуса, т.е. да се премести точката, изобразяваща състоянието на течностите, вдясно от кривата на кипене (фиг. 4.4).

Прегряването е преместване на течност в зона на пара, така че прегряването на течност може да се постигне както чрез подаване на топлина, така и чрез намаляване на налягането.

Последният начин, по който можете да постигнете невероятни резултати. Вода или друга течност, внимателно освободена от разтворените газове (това не е лесно да се направи), се поставя в съд с бутало, което достига до повърхността на течността. Съдът и буталото трябва да се намокрят с течност. Ако сега дръпнете буталото към себе си, тогава водата, полепнала по дъното на буталото, ще го последва. Но слоят вода, прилепнал към буталото, ще издърпа следващия слой вода, този слой ще издърпа основния, в резултат на което течността ще се разтегне.

В крайна сметка водният стълб ще се счупи (водният стълб, а не водата ще излезе от буталото), но това ще стане, когато силата на единица площ достигне десетки килограми. С други думи, в течността се създава отрицателно налягане от десетки атмосфери.

Дори при ниско положително налягане парообразното състояние на материята е стабилно. Течността може да бъде доведена до отрицателно налягане. Не можете да си представите по-ярък пример за "прегряване".

Топене

Няма такова твърдо тяло, което да устои на повишаване на температурата толкова, колкото е необходимо. Рано или късно едно твърдо парче се превръща в течност; правилно, в някои случаи няма да можем да стигнем до точката на топене - може да настъпи химическо разлагане.

С повишаването на температурата молекулите се движат все по-бързо и по-бързо. И накрая, идва момент, в който поддържането на ред "сред силно" люлеещите се "молекули става невъзможно. Твърдото вещество се топи. Волфрамът има най-високата точка на топене: 3380 ° C. Златото се топи при 1063 ° C, желязото при 1539 ° C. Има обаче са нискотопими метали.Живакът, както е известно, се топи вече при температура -39 ° C. Органичните вещества нямат високи точки на топене.Нафталинът се топи при 80 ° C, толуолът - при -94,5 ° C.

Не е никак трудно да се измери точката на топене на едно тяло, особено ако то се топи в температурния диапазон, който се измерва с обикновен термометър. Изобщо не е необходимо да следите с поглед топящото се тяло. Достатъчно е да погледнете живачната колона на термометъра. Докато започне топенето, температурата на тялото се повишава (фиг. 4.5). Веднага щом започне топенето, повишаването на температурата спира и температурата ще остане непроменена, докато процесът на топене приключи.

Ориз. 4.5

Подобно на превръщането на течност в пара, превръщането на твърдо вещество в течност изисква топлина. Топлината, необходима за това, се нарича латентна топлина на топене. Например топенето на един килограм лед изисква 80 kcal.

Ледът е едно от телата с висока топлина на топене. Топенето на лед изисква например 10 пъти повече енергия, отколкото топенето на същата маса олово. Разбира се, говорим за самото топене, тук не казваме, че преди да започне топенето на оловото, то трябва да се нагрее до + 327 ° C. Поради високата топлина на топящия се лед, топенето на снега се забавя. Представете си, че топлината на топене би била 10 пъти по-малка. Тогава пролетните наводнения биха донесли всяка година невъобразими бедствия.

И така, топлината на топене на леда е голяма, но е и малка в сравнение със специфичната топлина на изпаряване от 540 kcal/kg (седем пъти по-малко). Тази разлика обаче е съвсем естествена. Когато превръщаме течността в пара, трябва да откъснем молекулите една от друга, а при топенето трябва само да разрушим реда в подреждането на молекулите, оставяйки ги на почти еднакви разстояния. Ясно е, че във втория случай се изисква по-малко работа.

Наличието на определена точка на топене е важна характеристика на кристалните вещества. Именно на тази основа те лесно се различават от други твърди вещества, наречени аморфни или стъкла. Стъклата се срещат както сред неорганични, така и сред органични вещества. Прозоречните стъкла обикновено се правят от натриеви и калциеви силикати; често върху бюрото се поставя органично стъкло (нарича се още плексиглас).

Аморфните вещества, за разлика от кристалите, нямат определена точка на топене. Стъклото не се топи, а омекотява. При нагряване парче стъкло първо става меко от твърдо, лесно може да се огъне или разтегне; при по-висока температура парчето започва да променя формата си под въздействието на собствената си гравитация. Докато се нагрява, гъстата вискозна маса от стъкло приема формата на съда, в който се намира. Тази маса отначало е гъста, като мед, след това като заквасена сметана и накрая става почти толкова нисковискозна течност, колкото водата. С цялото си желание не можем да посочим тук конкретна температура за прехода на твърдо вещество към течност. Причините за това се крият в фундаменталната разлика между структурата на стъклото и структурата на кристалните тела. Както бе споменато по-горе, атомите в аморфните тела са подредени произволно. Стъклата по структура приличат на течности.Дори в твърдото стъкло молекулите са подредени произволно. Това означава, че повишаването на температурата на стъклото само увеличава обхвата на вибрациите на неговите молекули, давайки им постепенно все повече и повече свобода на движение. Следователно стъклото омеква постепенно и не показва рязък преход "твърдо" - "течно", което е характерно за прехода от подреждането на молекулите в строг ред към произволно подреждане.

Когато стана дума за кривата на кипене, казахме, че течността и парата могат, макар и в нестабилно състояние, да живеят в чужди региони - парата може да бъде преохладена и прехвърлена вляво от кривата на кипене, течността може да бъде прегрята и изтеглена вдясно на тази крива.

Възможни ли са подобни явления в случай на кристал с течност? Оказва се, че аналогията тук е непълна.

Ако загреете кристала, той ще започне да се топи при точката си на топене. Кристалът не може да бъде прегряван. Напротив, чрез охлаждане на течността е възможно, ако се вземат определени мерки, сравнително лесно да се „промъкне“ през точката на топене. В някои течности могат да се постигнат големи преохлаждания. Има дори течности, които лесно се преохлаждат, но е трудно да се накарат да кристализират. Докато такава течност се охлажда, тя става все по-вискозна и накрая се втвърдява, без да кристализира. Такова е стъклото.

Можете също така да охладите водата. Капките мъгла може да не замръзнат дори при силни студове. Ако кристал от вещество, семе, се хвърли в свръхохладена течност, тогава кристализацията веднага ще започне.

И накрая, в много случаи забавената кристализация може да бъде инициирана от разклащане или други случайни събития. Известно е например, че кристалният глицерол е получен за първи път по време на транспортиране с железопътен транспорт. Чашите след дълго стоене могат да започнат да кристализират (разстъкляват или "колабират", както се казва в техниката).

Как да отгледаме кристал

Почти всяко вещество може да даде кристали при определени условия. Кристалите могат да бъдат получени от разтвор или от стопилка на дадено вещество, както и от неговите пари (например, черни диамантени кристали на йод лесно се утаяват от неговите пари при нормално налягане без междинен преход към течно състояние) .

Започнете да разтваряте готварска сол или захар във водата. При стайна температура (20°C) ще можете да разтворите само 70 g сол в фасетирана чаша. По-нататъшното добавяне на сол няма да се разтвори и ще се утаи на дъното под формата на утайка. Разтвор, в който не настъпва по-нататъшно разтваряне, се нарича наситен. .Ако промените температурата, степента на разтворимост на веществото също ще се промени. Всички добре знаят, че горещата вода разтваря повечето вещества много по-лесно от студената вода.

Представете си сега - че сте приготвили наситен разтвор от, да речем, захар с температура 30 °C и сте започнали да го охлаждате до 20 °C. При 30°C успяхте да разтворите 223 g захар в 100 g вода, при 20°C се разтварят 205 g. След това, когато се охлади от 30 до 20°C, 18 g ще бъдат „екстра“ и, като казват, ще падне от решението. И така, един от възможните начини за получаване на кристали е охлаждането на наситения разтвор.

Можете да го направите по различен начин. Пригответе наситен солен разтвор и го оставете в отворена чаша. След известно време ще откриете появата на кристали. Защо са се образували? Внимателното наблюдение ще покаже, че едновременно с образуването на кристалите е настъпила и друга промяна - количеството вода е намаляло. Водата се изпари и в разтвора се появи "допълнителното" вещество. И така, друг възможен начин за образуване на кристали е изпаряването на разтвор.

Как се образуват кристали от разтвор?

Казахме, че кристалите "изпадат" от разтвора; Трябва ли да разбираме това така, че една седмица не е имало кристал и в един момент изведнъж се е появил? Не, това не е така: кристалите растат. Разбира се, не е възможно да се засекат с окото първите моменти на растеж. Първоначално няколко от произволно движещите се молекули или атоми на разтвореното вещество се събират в приблизителния ред, необходим за образуване на кристалната решетка. Такава група от атоми или молекули се нарича ядро.

Опитът показва, че ядрата се образуват по-често в присъствието на всякакви странични дребни прахови частици в разтвора. Най-бързата и лесна кристализация започва, когато малък зародишен кристал се постави в наситен разтвор. В този случай изолирането на твърдо вещество от разтвора няма да се състои в образуването на нови кристали, а в растежа на семето.

Растежът на ембриона, разбира се, не се различава от растежа на семето. Смисълът на използването на семето е, че то "изтегля" освободеното вещество върху себе си и по този начин предотвратява едновременното образуване на голям брой ядра. Ако се образуват много ядра, те ще си пречат по време на растежа и няма да ни позволят да получим големи кристали.

Как се разпределят частите от атоми или молекули, освободени от разтвора, върху повърхността на ядрото?

Опитът показва, че растежът на ядро ​​или семе се състои, така да се каже, в преместване на лицата, успоредни на себе си, в посока, перпендикулярна на лицето. В този случай ъглите между лицата остават постоянни (вече знаем, че постоянството на ъглите е най-важната характеристика на кристала, което следва от структурата на неговата решетка).

На фиг. 4.6 са дадени очертанията на три кристала от едно и също вещество, които се появяват по време на растежа им. Подобни модели могат да се наблюдават под микроскоп. В случая, показан вляво, броят на лицата се запазва по време на растежа. Средният чертеж дава пример за появяване на ново лице (горе вдясно) и изчезване отново.

Ориз. 4.6

Много е важно да се отбележи, че скоростта на растеж на лицата, т.е. скоростта на тяхното движение успоредно на себе си, не е еднаква за различните лица. В този случай точно онези лица, които се движат най-бързо, например долното ляво лице в средната фигура, "обрастяват" (изчезват). Напротив, бавно растящите лица са най-широките, както се казва, най-развитите.

Това е особено ясно на последната фигура. Безформеният фрагмент придобива същата форма като другите кристали именно поради анизотропията на скоростта на растеж. Добре дефинирани фасети се развиват за сметка на други най-силно и придават на кристала форма, характерна за всички проби от това вещество.

Много красиви преходни форми се наблюдават, когато се вземе топка като семе и разтворът се редува леко охлаждане и нагряване. При нагряване разтворът става ненаситен и семето се разтваря частично. Охлаждането води до насищане на разтвора и растеж на семето. Но молекулите се установяват по различен начин, сякаш дават предпочитание на определени места. Така веществото се прехвърля от едно място на топката на друго.

Първо на повърхността на топката се появяват малки лица с формата на кръг. Кръговете постепенно се увеличават и, докосвайки се един до друг, се сливат по прави ръбове. Топката се превръща в полиедър. Тогава едни лица изпреварват други, някои от лицата израстват и кристалът придобива характерната си форма (фиг. 4.7).

Ориз. 4.7

При наблюдение на растежа на кристалите, основната характеристика на растежа е поразителна - успоредното движение на лицата. Оказва се, че освободеното вещество изгражда лицето на слоеве: докато един слой не е завършен, следващият не започва да се изгражда.

На фиг. 4.8 показва "незавършеното" пакетиране на атоми. В коя от позициите, обозначени с букви, новият атом ще бъде най-здраво задържан, прикрепен към кристала? Без съмнение в A, тъй като тук той изпитва привличането на съседи от три страни, докато в B - от две, а в C - само от една страна. Следователно първо се завършва колоната, след това цялата равнина и едва след това започва полагането на нова равнина.

Ориз. 4.8

В редица случаи кристалите се образуват от разтопена маса - от стопилка. В природата това се случва в огромен мащаб: базалти, гранити и много други скали са възникнали от огнена магма.

Нека започнем да нагряваме някакво кристално вещество, например каменна сол. До 804°C кристалите на каменната сол ще се променят малко: те се разширяват съвсем леко и веществото остава твърдо. Температурен метър, поставен в съд с вещество, показва непрекъснато повишаване на температурата при нагряване. При 804°C веднага ще открием две нови взаимосвързани явления: веществото ще започне да се топи и повишаването на температурата ще спре. Докато цялата материя се превърне в течност; температурата няма да се промени; по-нататъшното повишаване на температурата вече нагрява течността. Всички кристални вещества имат определена точка на топене. Ледът се топи при 0°C, желязото се топи при 1527°C, живакът се топи при -39°C и т.н.

Както вече знаем, във всеки кристал атомите или молекулите на дадено вещество образуват подредена G опаковка и правят малки вибрации около средните си позиции. При нагряване на тялото скоростта на осцилиращите частици се увеличава заедно с амплитудата на трептенията. Това увеличаване на скоростта на частиците с повишаване на температурата е един от основните закони на природата, който важи за материята във всяко състояние - твърдо, течно или газообразно.

При достигане на определена, достатъчно висока температура на кристала, вибрациите на неговите частици стават толкова енергични, че точното подреждане на частиците става невъзможно - кристалът се стопява. С началото на топенето подадената топлина вече не се използва за увеличаване на скоростта на частиците, а за разрушаване на кристалната решетка. Следователно повишаването на температурата е спряно. Последващото нагряване е увеличаване на скоростта на течните частици.

В случай на кристализация от стопилка, която ни интересува, горните явления се наблюдават в обратен ред: докато течността се охлажда, нейните частици забавят хаотичното си движение; когато се достигне определена, достатъчно ниска температура, скоростта на частиците вече е толкова ниска, че някои от тях под въздействието на сили на привличане започват да се залепват една за друга, образувайки кристални ядра. Докато цялото вещество кристализира, температурата остава постоянна. Тази температура обикновено е същата като точката на топене.

Ако не се вземат специални мерки, кристализацията от стопилката ще започне веднага на много места. Кристалите ще растат под формата на правилни полиедри, характерни за тях, точно по същия начин, както описахме по-горе. Свободният растеж обаче не трае дълго: нараствайки, кристалите се сблъскват един с друг, растежът спира в точките на контакт и втвърденото тяло придобива гранулирана структура. Всяко зърно е отделен кристал, който не е успял да приеме правилната си форма.

В зависимост от много условия и преди всичко от скоростта на охлаждане, твърдото тяло може да има повече или по-малко големи зърна: колкото по-бавно е охлаждането, толкова по-големи са зърната. Размерът на зърната на кристалните тела варира от милионна част от сантиметъра до няколко милиметра. В повечето случаи гранулираната кристална структура може да се наблюдава под микроскоп. Твърдите вещества обикновено имат точно такава финозърнеста структура.

За технологията процесът на втвърдяване на металите е от голям интерес. Събитията, които се случват по време на леенето и по време на втвърдяването на метала във формите, са изследвани много подробно от физиците.

В по-голямата си част по време на втвърдяването растат дървовидни монокристали, които се наричат ​​дендрити. В други случаи дендритите са ориентирани произволно, в други случаи те са успоредни един на друг.

На фиг. 4.9 показва етапите на растеж на един дендрит. При това поведение един дендрит може да прерасне, преди да срещне друг подобен. Тогава няма да намерим дендрити в отливката. Събитията също могат да се развиват по различен начин: дендритите могат да се срещат и да растат един в друг (клони на един в пролуките между клоните на друг), докато са още „млади“.

Ориз. 4.9

По този начин могат да възникнат отливки, чиито зърна (показани на фиг. 2.22) имат много различна структура. И свойствата на металите значително зависят от естеството на тази структура. Възможно е да се контролира поведението на метала по време на втвърдяване чрез промяна на скоростта на охлаждане и системата за отвеждане на топлината.

Сега нека поговорим за това как да отгледаме голям монокристал. Ясно е, че трябва да се вземат мерки кристалът да расте от едно място. И ако няколко кристала вече са започнали да растат, тогава във всеки случай е необходимо да се уверите, че условията за растеж са благоприятни само за един от тях.

Ето например как протичат при отглеждането на кристали от нискотопими метали. Металът се разтопява в стъклена епруветка с изтеглен край. Епруветка, окачена на резба във вертикална цилиндрична пещ, бавно се спуска надолу. Изтегленият край постепенно излиза от пещта и се охлажда. Започва кристализация. Отначало се образуват няколко кристала, но тези, които растат настрани, се опират в стената на епруветката и растежът им се забавя. Само кристалът, който расте по оста на епруветката, т.е. дълбоко в стопилката, ще бъде в благоприятни условия. Когато епруветката се спусне, нови порции от стопилката, попадащи в областта на ниските температури, ще "захранят" този монокристал. Следователно от всички кристали само той оцелява; докато тръбата се спуска, тя продължава да расте по оста си. В крайна сметка целият разтопен метал се втвърдява под формата на единичен кристал.

Същата идея е в основата на растежа на огнеупорни рубинени кристали. Фин прах от веществото се впръсква през пламъка. В същото време праховете се стопяват; миниатюрни капки падат върху огнеупорна подложка с много малка площ, образувайки множество кристали. Докато капките падат по-нататък върху стойката, всички кристали растат, но отново расте само този, който е в най-благоприятната позиция за "приемане" на падащите капки.

За какво са големите кристали?

Промишлеността и науката често се нуждаят от големи монокристали. От голямо значение за технологията са кристалите от Рошелска сол и кварц, които имат забележителното свойство да преобразуват механичните въздействия (например налягане) в електрическо напрежение.

Оптичната индустрия се нуждае от големи кристали от калцит, каменна сол, флуорит и др.

Часовникарската индустрия се нуждае от кристали от рубини, сапфири и някои други скъпоценни камъни. Факт е, че отделните движещи се части на обикновените часовници правят до 20 000 вибрации на час. Такова високо натоварване поставя необичайно високи изисквания към качеството на върховете на осите и лагерите. Абразията ще бъде най-малка, когато рубин или сапфир служи като лагер за върха на ос с диаметър 0,07-0,15 mm. Изкуствените кристали от тези вещества са много издръжливи и много малко се изтъркват от стомана. Забележително е, че изкуствените камъни се оказват по-добри от същите естествени камъни.

От голямо значение за промишлеността обаче е растежът на монокристалите на полупроводниците - силиций и германий.

Влиянието на налягането върху точката на топене

Ако налягането се промени, точката на топене също ще се промени. Срещнахме се със същата редовност, когато говорихме за кипене. Колкото повече натиск; толкова по-висока е точката на кипене. По правило това важи и за топенето. Въпреки това, има малък брой вещества, които се държат аномално: тяхната точка на топене намалява с увеличаване на налягането.

Факт е, че по-голямата част от твърдите вещества са по-плътни от техните течности. Изключение от този проблем са точно онези вещества, чиято точка на топене не се променя съвсем нормално при промяна на налягането, например вода. Ледът е по-лек от водата и точката на топене на леда намалява с увеличаване на налягането.

Компресията насърчава образуването на по-плътно състояние. Ако твърдото вещество е по-плътно от течността, тогава компресията помага за втвърдяване и предотвратява топенето. Но ако топенето е затруднено от компресията, това означава, че веществото остава твърдо, докато по-рано при тази температура то вече би се стопило, т.е. с увеличаване на налягането точката на топене се увеличава. В аномалния случай течността е по-плътна от твърдото вещество и налягането спомага за образуването на течността, т.е. понижава точката на топене.

Ефектът на налягането върху точката на топене е много по-слаб от този на кипене. Увеличаването на налягането с повече от 100 kgf / cm 2 понижава точката на топене на леда с 1 ° C.

Защо кънките се плъзгат само по лед, но не и по също толкова гладък паркет? Очевидно единственото обяснение е образуването на вода, която смазва скейта. За да разберем възникналото противоречие, трябва да запомним следното: тъпите кънки се плъзгат много лошо по лед. Кънките трябва да бъдат наточени, за да режат лед. В този случай само върхът на ръба на билото притиска леда. Натискът върху леда достига десетки хиляди атмосфери, ледът все още се топи.

Изпаряване на твърди вещества

Когато казват "вещество се изпарява", те обикновено имат предвид, че течността се изпарява. Но твърдите вещества също могат да се изпарят. Понякога изпаряването на твърди вещества се нарича сублимация.

Изпаряващото се твърдо вещество е например нафталин. Нафталинът се топи при 80°C и се изпарява при стайна температура. Именно това свойство на нафталина позволява да се използва за унищожаване на молци.

Кожухът, покрит с нафталин, е наситен с нафталинови пари и създава атмосфера, която молците не понасят. Всяко миришещо твърдо вещество сублимира до голяма степен. В края на краищата миризмата се създава от молекули, които са се откъснали от веществото и са достигнали носа ни. По-чести са обаче случаите, когато субстанцията е сублимирана в незначителна степен, понякога до степен, която не може да бъде открита дори при много внимателно изследване. По принцип всяко твърдо вещество (точно всяко, дори желязо или мед) се изпарява. Ако не открием сублимации, това означава само, че плътността на насищащата пара е много ниска.

Вижда се, че редица вещества, които имат остра миризма при стайна температура, я губят при ниска температура.

Плътността на наситената пара в равновесие с твърдо вещество нараства бързо с повишаване на температурата. Ние илюстрирахме това поведение с кривата за лед, показана на фиг. 4.10. Вярно е, че ледът не мирише ...

Ориз. 4.10

В повечето случаи е невъзможно значително да се увеличи плътността на наситените пари на твърдо вещество по проста причина - веществото ще се стопи по-рано.

Ледът също се изпарява. Това е добре известно на домакините, които закачват мокро пране за сушене в студено време.Водата първо замръзва, а след това ледът се изпарява и прането се оказва сухо.

тройна точка

И така, има условия, при които пара, течност и кристал могат да съществуват по двойки в равновесие. Могат ли и трите състояния да бъдат в равновесие? Такава точка на диаграмата налягане-температура съществува, тя се нарича тройна. Къде е тя?

Ако поставите вода с плаващ лед в затворен съд при нула градуса, тогава водните (и "ледените") пари ще започнат да изтичат в свободното пространство. При налягане на парите 4,6 mm Hg. Изкуство. Изпарението ще спре и ще започне насищане. Сега трите фази - лед, вода и пара - ще бъдат в равновесие. Това е тройната точка.

Връзката между различните състояния е ясно и ясно показана от диаграмата за водата, показана на фиг. 4.11.

Ориз. 4.11

Такава диаграма може да се построи за всяко тяло.

Кривите на фигурата са ни познати - това са криви на равновесие между лед и пара, лед и вода, вода и пара. Както обикновено, налягането се изобразява вертикално, а температурата се изобразява хоризонтално.

Трите криви се пресичат в тройната точка и разделят диаграмата на три области – жизнените пространства на лед, вода и водна пара.

Диаграмата на състоянието е кратка справка. Целта му е да отговори на въпроса какво състояние на тялото е стабилно при такова и такова налягане и такава и такава температура.

Ако водата или парата се поставят в условията на "лявата област", те ще се превърнат в лед. Ако течност или твърдо тяло се въведе в "долната област", тогава ще се получи пара. В "правилната област" парата ще кондензира и ледът ще се стопи.

Диаграмата на съществуването на фазите ви позволява незабавно да отговорите какво се случва с веществото при нагряване или при компресиране. Нагряването при постоянно налягане е показано като хоризонтална линия на диаграмата. Точка се движи по тази линия отляво надясно, представлявайки състоянието на тялото.

Фигурата показва две такива линии, едната от които се нагрява при нормално налягане. Правата лежи над тройната точка. Следователно той ще пресече първо кривата на топене, а след това, извън чертежа, кривата на изпарение. Ледът при нормално налягане ще се стопи при 0°C, а получената вода ще заври при 100°C.

Ситуацията ще бъде различна за лед, нагрят при много ниско налягане, да речем малко под 5 mm Hg. Изкуство. Процесът на нагряване е представен с линия под тройната точка. Кривите на топене и кипене не се пресичат с тази линия. При такова леко налягане нагряването ще доведе до директен преход на лед в пара.

На фиг. 4.12, същата диаграма показва какво интересно явление ще се случи, когато водната пара се компресира в състояние, отбелязано с кръст на фигурата. Парата първо ще се превърне в лед и след това ще се стопи. Фигурата ви позволява незабавно да кажете при какво налягане ще започне растежът на кристала и кога ще настъпи топенето.

Ориз. 4.12

Диаграмите на състоянието на всички вещества са подобни една на друга. Големи, от ежедневна гледна точка, разликите възникват поради факта, че местоположението на тройната точка на диаграмата може да бъде много различно за различните вещества.

В края на краищата ние съществуваме близо до „нормални условия“, тоест предимно при налягане, близко до една атмосфера. За нас е много важно как е разположена тройната точка на материята спрямо линията на нормалното налягане.

Ако налягането в тройната точка е по-малко от атмосферното, тогава за нас, живеещи в "нормални" условия, веществото се топи. Когато температурата се повиши, първо се превръща в течност и след това кипи.

В обратния случай - когато налягането в тройната точка е по-високо от атмосферното - няма да видим течност при нагряване, твърдото вещество директно ще се превърне в пара. Ето как се държи "сухият лед", което е много удобно за продавачите на сладолед. Блоковете сладолед могат да бъдат преместени с парчета "сух лед" и да не се страхувате, че сладоледът ще стане мокър. "Сухият лед" е твърд въглероден диоксид CO 2 . Тройната точка на това вещество е 73 atm. Следователно, когато твърд CO 2 се нагрява, точката, представяща неговото състояние, се движи хоризонтално, пресичайки само кривата на изпарение на твърдото вещество (точно както за обикновения лед при налягане от около 5 mm Hg).

Вече разказахме на читателя как се определя един градус температура по скалата на Келвин или, както сега изисква системата SI, един келвин. Все пак ставаше дума за принципа на определяне на температурата. Не всички метрологични институти разполагат с идеални газови термометри. Следователно температурната скала се изгражда с помощта на фиксирани от природата точки на равновесие между различните състояния на материята.

Тройната точка на водата играе специална роля в това. Градусът Келвин сега се определя като 273,16-та от термодинамичната температура на тройната точка на водата. Тройната точка на кислорода се приема равна на 54,361 K. Температурата на втвърдяване на златото е настроена на 1337,58 K. Използвайки тези референтни точки, всеки термометър може да бъде точно калибриран.

Същите атоми, но ... различни кристали

Матовият черен мек графит, с който пишем, и брилянтният, прозрачен, твърд диамант за рязане на стъкло са изградени от едни и същи въглеродни атоми. Защо свойствата на тези две еднакви вещества са толкова различни?

Спомнете си решетката на слоестия графит, всеки атом от който има три най-близки съседи, и решетката на диаманта, чийто атом има четири най-близки съседи. Този пример ясно показва, че свойствата на кристалите се определят от взаимното разположение на атомите. Графитът се използва за направата на огнеупорни тигли, които могат да издържат на температури до две до три хиляди градуса, а диамантът изгаря при температури над 700 ° C; плътността на диаманта е 3,5, а на графита - 2,3; графитът провежда електричество, диамантът не и т.н.

Не само въглеродът има тази характеристика да произвежда различни кристали. Почти всеки химичен елемент, и не само елемент, но и всяко химично вещество, може да съществува в няколко разновидности. Познати са шест разновидности на лед, девет разновидности на сяра, четири разновидности на желязо.

Когато обсъждахме диаграмата на състоянието, не говорихме за различни видове кристали и начертахме една област на твърдо тяло. И тази област за много вещества е разделена на секции, всяка от които съответства на определена "степен" на твърдо тяло или, както се казва, определена твърда фаза (определена кристална модификация).

Всяка кристална фаза има своя област на стабилно състояние, ограничена от определен диапазон от налягания и температури. Законите за превръщане на една кристална разновидност в друга са същите като законите на топенето и изпарението.

За всяко налягане можете да посочите температурата, при която двата вида кристали ще съществуват мирно. Ако температурата се повиши, кристал от един вид ще се превърне в кристал от втори вид. Ако температурата се понижи, ще настъпи обратната трансформация.

За да може червената сяра да стане жълта при нормално налягане, е необходима температура под 110 ° C. Над тази температура, до точката на топене, подреждането на атомите, характерно за червената сяра, е стабилно. Температурата пада, вибрациите на атомите намаляват и, започвайки от 110 ° C, природата намира по-удобно разположение на атомите. Има трансформация на един кристал в друг.

Никой не измисли имена за шест различни леда. Така казват: лед едно, лед две, ...., лед седем. Какво ще кажете за седем, ако има само шест разновидности? Факт е, че лед четири не е открит по време на многократни експерименти.

Ако водата се компресира при температура около нула, тогава при налягане от около 2000 atm се образува лед пет, а при налягане от около 6000 atm се образува лед шест.

Лед две и лед три са стабилни при температури под нула градуса.

Лед седем - горещ лед; възниква, когато горещата вода се компресира до налягане от около 20 000 atm.

Всеки лед, с изключение на обикновения, е по-тежък от водата. Ледът, произведен при нормални условия, се държи аномално; напротив, ледът, получен при условия, различни от нормата, се държи нормално.

Казваме, че всяка кристална модификация се характеризира с определена област на съществуване. Но ако е така, как съществуват графит и диамант при еднакви условия?

Такова "беззаконие" в света на кристалите е много често срещано явление. Способността да живеят в "чужди" условия за кристалите е почти правило. Ако за да пренесете пара или течност в други области на съществуване, трябва да прибягвате до различни трикове, тогава кристалът, напротив, почти никога не може да бъде принуден да остане в границите, определени му от природата.

Прегряването и преохлаждането на кристалите се обясняват с трудността да се преобразува един ред в друг при условия на екстремно струпване. Жълтата сяра трябва да стане червена при 95,5°C. С повече или по-малко бързо нагряване ние ще "прескочим" тази точка на трансформация и ще доведем температурата до точката на топене на сярата 113°C.

Истинската температура на трансформация е най-лесна за откриване, когато кристалите влязат в контакт. Ако се поставят плътно един върху друг и се държат при 96°C, тогава жълтото ще бъде изядено от червеното, а при 95°C жълтото ще поеме червеното. За разлика от прехода "кристал-течност", трансформациите "кристал-кристал" обикновено се забавят както при преохлаждане, така и при прегряване.

В някои случаи имаме работа с такива състояния на материята, за които се предполага, че живеят при напълно различни температури.

Белият калай трябва да стане сив, когато температурата падне до +13°C. Обикновено се занимаваме с бяла тенекия и знаем, че през зимата нищо не се прави с нея. Перфектно издържа на хипотермия от 20-30 градуса. Въпреки това, при тежки зимни условия, белият калай се превръща в сив. Незнанието на този факт е едно от обстоятелствата, които провалят експедицията на Скот до Южния полюс (1912 г.). Течното гориво, взето от експедицията, беше в съдове, споени с калай. При големи студове белият калай се превръщал в сив прах - съдовете се разпоявали; и горивото се разля. Нищо чудно, че появата на сиви петна върху белия калай се нарича калаена чума.

Точно както в случая със сярата, белият калай може да се превърне в сив при температура малко под 13 ° C; ако само едно мъничко зрънце от сивия сорт падне върху калаен предмет.

Съществуването на няколко разновидности на едно и също вещество и забавянето на техните взаимни трансформации са от голямо значение за технологията.

При стайна температура атомите на желязото образуват центрирана кубична решетка, в която атомите заемат позиции във върховете и в центъра на куба. Всеки атом има 8 съседа. При високи температури атомите на желязото образуват по-плътна "опаковка" - всеки атом има 12 съседа. Желязото с 8 съседа е меко, желязото с 12 съседа е твърдо. Оказва се, че е възможно да се получи желязо от втория вид при стайна температура. Този метод - закаляване - се използва широко в металургията.

Втвърдяването се извършва много просто - метален предмет се нажежава до червено и след това се хвърля във вода или масло. Охлаждането става толкова бързо, че трансформацията на структурата, която е стабилна при висока температура, няма време да се случи. По този начин високотемпературната структура ще съществува за неопределено време при необичайни за нея условия: рекристализацията в стабилна структура протича толкова бавно, че е практически незабележима.

Говорейки за втвърдяването на желязото, не бяхме съвсем точни. Стоманата е темперирана, т.е. желязото, съдържащо части от процента въглерод. Наличието на много малки въглеродни примеси забавя превръщането на твърдото желязо в меко и позволява закаляването. Що се отнася до напълно чистото желязо, не е възможно да се втвърди - трансформацията на структурата има време да се случи дори при най-рязкото охлаждане.

В зависимост от вида на диаграмата на състоянието чрез промяна на налягането или температурата се постигат определени трансформации.

Много трансформации от кристал към кристал се наблюдават само при промяна на налягането. По този начин се получава черен фосфор.

Ориз. 4.13

Беше възможно да се превърне графитът в диамант само чрез използване на висока температура и високо налягане едновременно. На фиг. 4.13 показва диаграмата на състоянието на въглерода. При налягане под десет хиляди атмосфери и при температури под 4000 K графитът е стабилна модификация. Така диамантът живее в "чужди" условия, така че лесно може да се превърне в графит. Но обратната задача е от практически интерес. Не е възможно да се извърши трансформацията на графит в диамант само чрез увеличаване на налягането. Фазовата трансформация в твърдо състояние очевидно протича твърде бавно. Появата на диаграмата на състоянието подсказва правилното решение: увеличаване на налягането и топлината едновременно. След това получаваме (в десния ъгъл на диаграмата) разтопен въглерод. Охлаждайки го при високо налягане, трябва да влезем в зоната на диаманта.

Практическата възможност за такъв процес е доказана през 1955 г. и в момента проблемът се счита за технически решен.

Невероятна течност

Ако понижите температурата на тялото, то рано или късно ще се втвърди и ще придобие кристална структура. Няма значение при какво налягане се случва охлаждането. Това обстоятелство изглежда съвсем естествено и разбираемо от гледна точка на законите на физиката, с които вече се запознахме. Наистина, като понижаваме температурата, намаляваме интензивността на топлинното движение. Когато движението на молекулите стане толкова слабо, че вече не пречи на силите на взаимодействие между тях, молекулите се подреждат в чист ред - те образуват кристал. По-нататъшното охлаждане ще отнеме от молекулите цялата енергия на тяхното движение и при абсолютна нула веществото трябва да съществува под формата на почиващи молекули, подредени в правилна решетка.

Опитът показва, че всички вещества се държат по този начин. Всички, с изключение на един и единствен: такъв "изрод" е хелият.

Вече предоставихме на читателя малко информация за хелия. Хелият държи рекорда за своята критична температура. Никое вещество няма критична температура по-ниска от 4,3 К. Този рекорд обаче сам по себе си не означава нищо изненадващо. Друго е поразително: охлаждайки хелия под критичната температура, достигайки почти абсолютната нула, няма да получим твърд хелий. Хелият остава течен дори при абсолютна нула.

Поведението на хелия е напълно необяснимо от гледна точка на очертаните от нас закони на движение и е един от признаците за ограничената валидност на такива закони на природата, които изглеждаха универсални.

Ако тялото е течно, то неговите атоми са в движение. Но в крайна сметка, след като охладихме тялото до абсолютната нула, ние отнехме цялата енергия на движение от него. Трябва да признаем, че хелият има такава енергия на движение, която не може да бъде отнета. Това заключение е несъвместимо с механиката, с която сме се занимавали досега. Според тази механика, която изучавахме, движението на едно тяло винаги може да бъде забавено до пълно спиране чрез отнемане на цялата му кинетична енергия; по същия начин е възможно да се спре движението на молекулите, като се отнеме енергията им, когато се сблъскат със стените на охладен съд. За хелий такава механика очевидно не е подходяща.

„Странното“ поведение на хелия е индикация за факт от голямо значение. За първи път се сблъскахме с невъзможността да приложим в света на атомите основните закони на механиката, установени чрез директно изследване на движението на видимите тела, закони, които изглеждаха непоклатимата основа на физиката.

Фактът, че хелият "отказва" да кристализира при абсолютна нула, не може да се примири по никакъв начин с механиката, която сме изучавали досега. Противоречието, с което се срещнахме за първи път - неподчинението на света на атомите на законите на механиката - е само първата брънка във веригата от все по-остри и по-остри противоречия във физиката.

Тези противоречия водят до необходимостта от преразглеждане на основите на механиката на атомния свят. Тази ревизия е много дълбока и води до промяна в цялото ни разбиране за природата.

Необходимостта от радикална ревизия на механиката на атомния свят не означава, че трябва да сложим край на законите на механиката, които сме изучавали. Би било несправедливо да принуждаваме читателя да научава ненужни неща. Старата механика е напълно валидна в света на големите тела. Това вече е достатъчно, за да се отнасяме към съответните глави от физиката с пълно уважение. Но също така е важно, че редица закони на "старата" механика преминават в "новата" механика. Това включва по-специално закона за запазване на енергията.

Наличието на "неотстранима" енергия при абсолютната нула не е специално свойство на хелия. Оказа се; "нулева" енергия присъства във всички вещества.

Само в хелия тази енергия е достатъчна, за да попречи на атомите да образуват правилната кристална решетка.

Не е необходимо да се мисли, че хелият не може да бъде в кристално състояние. За кристализацията на хелий е необходимо само да се повиши налягането до около 25 atm. Охлаждането, извършено при по-високо налягане, ще доведе до образуването на твърд кристален хелий с доста обикновени свойства. Хелият образува гранецентрирана кубична решетка.

На фиг. 4.14 показва диаграма на състоянието на хелия. Тя се различава рязко от диаграмите на всички други вещества по липсата на тройна точка. Кривите на топене и кипене не се пресичат.

Ориз. 4.14

И тази уникална диаграма на състоянието има още една особеност: има две различни хелиеви течности. Каква е разликата им - ще научите малко по-късно.

Преди всички течности, в резултат на тяхното изпаряване, се установява равновесие между течност и пара и, следователно, определено парно налягане. Големината на това налягане зависи от естеството на течността и от температурата. С повишаване на температурата кинетичната енергия на молекулите в течността се увеличава, все по-голям брой от тях могат да преминат в газовата фаза и следователно налягането на парите над течността се увеличава (Фигура 4).

Фигура 4 - Крива на налягането на водните пари

Температурата, при която налягането на парите става равно на външното налягане, се нарича точка на кипене.Пресечната точка (Фигура 4) на хоризонталната линия, съответстваща на налягане от 760 mm Hg. чл., а кривата на налягането на парите съответства на точката на кипене при нормално налягане. Всяка течност, която не се разлага при нагряване до температура, при която налягането на парите става 760 mm Hg. Art., Има своя характерна точка на кипене при нормално атмосферно налягане. Фигура 4 също показва, че при налягане от 200 mm Hg. Изкуство. водата ще заври при около 66°C. Тази зависимост на точката на кипене от налягането се използва в лабораторната практика и индустрията за дестилация без разлагане на вещества, кипящи при високи температури (вакуумна дестилация). В редица справочни и учебни помагала са дадени номограми, които позволяват да се свържат точките на кипене при атмосферно налягане и във вакуум, т.е. да се определи максималното остатъчно налягане, което трябва да бъде в дестилационната инсталация, така че веществото да се дестилира под температурата му на разлагане (виж например /3, стр. 32/).

Други модификации на дестилацията служат за същата цел (пречистване на висококипящи вещества). Например, парната дестилация дава възможност да се дестилира висококипящо вещество при атмосферно налягане, но налягането на парите над повърхността на течността, което е равно на атмосферното налягане, е сумата от парциалните налягания на самото вещество и водните пари. Водната пара при този метод се продухва (разпръсква) през дебелината на веществото в дестилационния куб.

В повечето случаи определянето на точката на кипене се извършва по време на дестилацията на веществото по време на неговото пречистване. Ако е необходимо, може да се използва определянето на точката на кипене на малко количество течност Микрометод на Сиволобов(Фигура 6).

За да го извършите, можете да използвате стандартното устройство за определяне на точката на топене, описано по-горе (Фигура 5). Капка течност се поставя в тънкостенна стъклена тръба (6), затворена в единия край (диаметър ~ 3 mm). Капиляр (4), запечатан от горния край, се спуска в тръбата, тръбата се прикрепя към термометъра с еластична лента (5) и се нагрява в устройството, докато от капилярката започнат да излизат мехурчета в непрекъснат поток. Отбележете температурата, при която започва непрекъснатото бълбукане. Тя съответства на точката на кипене на течността. Не забравяйте да запишете барометричното налягане. По стойността на точката на кипене може да се идентифицира дадено вещество и да се определи неговата чистота.