جوش فرآیند تغییر حالت کل یک ماده است. وقتی از آب صحبت می کنیم، منظورمان تغییر از مایع به بخار است. توجه به این نکته مهم است که جوشش تبخیر نیست، که می تواند حتی در دمای اتاق اتفاق بیفتد. همچنین، با جوشاندن، که فرآیند گرم کردن آب تا دمای معین است، اشتباه نگیرید. حالا که مفاهیم را فهمیدیم، می‌توانیم تعیین کنیم که آب در چه دمایی می‌جوشد.
فرآیند
فرایند تبدیل حالت تجمع از مایع به گاز پیچیده است. و اگرچه مردم آن را نمی بینند، اما 4 مرحله وجود دارد:
- در مرحله اول، حباب های کوچکی در کف ظرف گرم شده ایجاد می شود. آنها همچنین در کناره ها یا روی سطح آب دیده می شوند. آنها به دلیل انبساط حباب های هوا تشکیل می شوند،که همیشه در شکاف ظرفی که آب گرم می شود پیدا می شود.
- در مرحله دوم حجم حباب ها افزایش می یابد. همه آنها شروع به هجوم به سطح می کنند، زیرا در داخل آنها بخار اشباع شده وجود دارد که سبک تر از آب است. با افزایش دمای گرمایش، فشار حباب ها افزایش می یابد و در اثر نیروی معروف ارشمیدس به سطح فشار می آورند. هنگامی که حباب ها به طور مداوم منبسط و منقبض می شوند، می توان صدای حباب های مشخص را شنید.
- در مرحله سوم تعداد زیادی حباب روی سطح دیده می شود. این در ابتدا باعث ایجاد کدورت در آب می شود. این فرآیند معمولا "جوش دادن کلید سفید" نامیده می شود و مدت زمان کوتاهی به طول می انجامد.
- در مرحله چهارم، آب به شدت می جوشد، حباب های بزرگ در حال ترکیدن روی سطح ظاهر می شوند، امکان پاشش وجود دارد. اغلب، پاشش به این معنی است که مایع به حداکثر دمای خود رسیده است. بخار شروع به خارج شدن از آب می کند.
معلوم است که آب در دمای 100 درجه می جوشد که فقط در مرحله چهارم امکان پذیر است.
دمای بخار
بخار یکی از حالات آب است. وقتی وارد هوا می شود، مانند سایر گازها فشار خاصی بر آن وارد می کند. در طول تبخیر، دمای بخار و آب ثابت می ماند تا زمانی که کل مایع حالت تجمع خود را تغییر دهد. این پدیده را می توان با این واقعیت توضیح داد که هنگام جوشیدن، تمام انرژی صرف تبدیل آب به بخار می شود.
در همان ابتدای جوشیدن، یک مرطوببخار اشباع شده که پس از تبخیر تمام مایع خشک می شود. اگر دمای آن از دمای آب بیشتر شود، چنین بخاری فوق گرم می شود و از نظر خصوصیات به گاز نزدیکتر می شود.
آب نمک جوش
جالب است بدانید آب با نمک زیاد در چه دمایی می جوشد. مشخص است که به دلیل محتوای یون های Na+ و Cl- در ترکیب، که منطقه ای بین مولکول های آب را اشغال می کنند، باید بیشتر باشد. این ترکیب شیمیایی آب با نمک با مایع تازه معمولی متفاوت است.
واقعیت این است که در آب نمک یک واکنش هیدراتاسیون وجود دارد - فرآیند اتصال مولکول های آب به یون های نمک. پیوند بین مولکول‌های آب شیرین ضعیف‌تر از مولکول‌هایی است که در طول هیدراتاسیون ایجاد می‌شوند، بنابراین جوشاندن مایع با نمک محلول بیشتر طول می‌کشد. با افزایش دما، مولکول های موجود در آب حاوی نمک سریعتر حرکت می کنند، اما تعداد آنها کمتر است، به همین دلیل است که برخورد بین آنها کمتر اتفاق می افتد. در نتیجه بخار کمتری تولید می شود و بنابراین فشار آن کمتر از سر بخار آب شیرین است. بنابراین برای تبخیر کامل به انرژی (دمای) بیشتری نیاز است. به طور متوسط برای جوشاندن یک لیتر آب حاوی 60 گرم نمک، باید نقطه جوش آب را 10 درصد (یعنی 10 درجه سانتیگراد) افزایش داد.
وابستگی جوش به فشار
معلوم است که در کوهستان، صرف نظر از ترکیب شیمیایی آب، نقطه جوش کمتر خواهد بود. این به دلیل این واقعیت است که فشار اتمسفر در ارتفاعزیر فشار معمولی 101.325 کیلو پاسکال در نظر گرفته می شود. با آن، نقطه جوش آب 100 درجه سانتیگراد است. اما اگر از کوهی بالا بروید که فشار آن به طور متوسط 40 کیلو پاسکال است، آب در آنجا در دمای 75.88 درجه سانتیگراد می جوشد. اما این بدان معنا نیست که پخت و پز در کوه ها تقریباً نیمی از زمان را می گیرد. برای عملیات حرارتی محصولات به دمای معینی نیاز است.
اعتقاد بر این است که در ارتفاع 500 متری از سطح دریا، آب در 98.3 درجه سانتیگراد می جوشد و در ارتفاع 3000 متری نقطه جوش 90 درجه سانتیگراد خواهد بود.
توجه داشته باشید که این قانون در جهت مخالف نیز عمل می کند. اگر مایعی در یک فلاسک دربسته قرار داده شود که بخار از آن عبور نکند، با افزایش دما و تشکیل بخار، فشار در این فلاسک افزایش می‌یابد و در دمای بالاتر جوشیدن در فشار بالا اتفاق می‌افتد. برای مثال، در فشار 490.3 کیلو پاسکال، نقطه جوش آب 151 درجه سانتیگراد خواهد بود.
جوش آب مقطر
آب مقطر آب تصفیه شده بدون هیچ گونه ناخالصی است. اغلب برای اهداف پزشکی یا فنی استفاده می شود. با توجه به اینکه در چنین آبی ناخالصی وجود ندارد، برای پخت و پز استفاده نمی شود. جالب است بدانید که آب مقطر سریعتر از آب شیرین معمولی می جوشد، اما نقطه جوش ثابت باقی می ماند - 100 درجه. با این حال، تفاوت در زمان جوش حداقل خواهد بود - فقط کسری از ثانیه.
در قوری
اغلب مردم تعجب می کنندآب در کتری در چه دمایی می جوشد، زیرا از این دستگاه ها برای جوشاندن مایع استفاده می کنند. با در نظر گرفتن این واقعیت که فشار اتمسفر در آپارتمان برابر با استاندارد است و آب مصرفی حاوی املاح و سایر ناخالصی هایی نیست که نباید وجود داشته باشد، نقطه جوش نیز استاندارد خواهد بود - 100 درجه. اما اگر آب حاوی نمک باشد، همانطور که می دانیم، نقطه جوش بالاتر خواهد بود.
نتیجه گیری
اکنون می دانید آب در چه دمایی می جوشد و فشار اتمسفر و ترکیب مایع چگونه بر این فرآیند تأثیر می گذارد. هیچ چیز پیچیده ای در این مورد وجود ندارد و کودکان چنین اطلاعاتی را در مدرسه دریافت می کنند. نکته اصلی که باید به خاطر داشته باشید این است که با کاهش فشار، نقطه جوش مایع نیز کاهش می‌یابد و با بالا رفتن آن نیز افزایش می‌یابد.
در اینترنت می توانید جدول های مختلفی را پیدا کنید که نشان دهنده وابستگی نقطه جوش یک مایع به فشار اتمسفر است. آنها در دسترس همه هستند و به طور فعال توسط دانش آموزان مدرسه، دانش آموزان و حتی معلمان در موسسات استفاده می شود.
