Topnienie, krzepnięcie, parowanie, skraplanie, wrzenie.

PAROWANIE - przejście cieczy w parę. Proces polegający na odrywaniu się cząstek wody od wilgotnej powierzchni (np. oceanu, gruntu, roślin) i przechodzeniu jej do powietrza jako drobiny pary wodnej, podczas którego pobierana jest energia z otoczenia (do wyparowania 1 g wody o temperaturze 0C potrzeba 597 cal).

Wielkość parowania wyrażona w mm grubości wody, która wyparowuje w jednostce czasu, zależy od: temperatury otoczenia i ciała parującego, wilgotności powietrza, prędkości jego ruchu i ciśnienia atmosferycznego.

Szybkość parowania cieczy z jednostki powierzchni wyrażana jest wzorem
v=(2pmkT)-1/2(p0-p),
gdzie: m - masa molowa cieczy, k - stała Boltzmanna, T - temperatura bezwzględna, p0 - prężność pary nasyconej w danej temperaturze, p - aktualna prężność pary nad cieczą. Wzrost temperatury i prędkości wiatru wzmaga parowanie, natomiast wilgotne otoczenie i wysokie ciśnienie osłabiają je.

Szybkość parowania osiąga wartość maksymalną w próżni. Parowanie w całej objętości cieczy określane jest jako wrzenie. Do pomiaru parowania wykorzystuje się ewaporometry. Procesem przeciwnym do parowania jest kondensacja.

Parowanie jest jednym z elementów cyklu hydrologicznego.

Przykład: Dziewczynka wystawiła na dwór miseczkę z wodą w gorący, słoneczny dzień. Już po kilku godzinach nie było w niej wody.

TOPNIENIE - przejście substancji ze stanu stałego w ciecz, zachodzi w stałej temperaturze zwanej temperaturą topnienia ( dla wody 0 C). Temperatura np. bryły lodu nie wzrasta dopóki każda jej cząsteczka nie osiągnie temperatury 0 C. Jeżeli to nastąpi dopiero ta temperatura będzie wzrastać. Topnienie stopów zwykle przebiega w pewnym przedziale temperatur zależnym między innymi od ich składu. Podczas topnienia pobierane jest ciepło, które zużywane jest na osłabienie wiązań międzyatomowych i zniszczenie periodycznej struktury sieci krystalicznej. Ciepło potrzebne do topnienia ciała o jednostkowej masie (bez zmiany jego temperatury) nazywa się ciepłem topnienia ciała. Topnieniu ciał towarzyszy skokowa zmiana ich gęstości, zmiana własności mechanicznych, cieplnych. W przypadku ogrzewania ciał bezpostaciowych (szkło, niektóre polimery) następuje ich rozmiękanie, które zwane jest niekiedy topnieniem. Topnienie substancji bez zmiany jej składu nosi nazwę topnienia kongruentnego, jeśli natomiast substancja podczas podnoszenia temperatury (ale przed osiągnięciem temperatury topnienia) ulega rozkładowi i powstaje ciecz o składzie innym aniżeli substancja wyjściowa, to zjawisko takie nosi nazwę topnienia niekongruentnego. Lód topnieje w temperaturze 0 C.
Przykład: Pozostawione na talerzyku lody stopiły się, pozostała tylko płynna, gęsta masa.

KRZEPNIĘCIE - proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan stały (np. podczas oziębiania). Krzepnięcie zachodzi w określonej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia (dla wody 0 C). Temperatura krzepnięcia zależy od ciśnienia. Krzepnięciu towarzyszy wydzielanie określonej ilości ciepła. Jest uzależnione od obecności w cieczy zarodzi krystalicznych- ich brak prowadzi do wystąpienia cieczy przechłodzonej. Krzepnięciu roztworów towarzyszy zwykle rozdzielenie na poszczególne składniki. Temparatura w której rozpoczyna się krzepnięcie roztworu jest niższa od temperatury krzepnięcia czystego rozpuszczalnika.

Przykład: Pozostawiona na kilka minut woda w kubku nie zamieniła się w lód, lecz uległa procesowi krzepnięcia ( pływają w niej grudki, trochę zgęstniała).

SKRAPLANIE (kondensacja) - przechodzenie substancji ze stanu lotnego (gazowego) w ciekły, zwykle związane z wydzielaniem ciepła. Proces skraplania pary wodnej może zachodzić przez jej sprężanie izotermiczne, chłodzenie pod stałym ciśnieniem, rozprężanie. Aby para mogła się skroplić, muszą w niej występować ośrodki kondensacji w postaci jonów, zawiesin lub pyłków, które pomagają jej utrzymać cząsteczki cieczy w pierwszej fazie ich powstawania. W przypadku braku ośrodków kondensacji powstaje para przesycona. Skraplanie gazu może zachodzić jedynie w temperaturze niższej od jego temperatury krytycznej. Jeśli temperatura gazu jest wyższa od krytycznej, to należy go po sprężeniu ochłodzić. W technice skraplania gazów przeprowadza się w układach z dławieniem, z rozprężarką wykonującą pracę zewnętrzną, oraz w układach mieszanych. Po raz pierwszy skraplania gazu (SO ) dokonali ok. 1780r Francuzi Jean Clouet i G. Monge, natomiast pełnego skroplenia tlenu i azotu dokonali w 1883r w Krakowie Z. Wróblewski i K. Olszewski. Na skalę techniczną powietrze skroplił jako pierwszy C. Linde (1895) wykorzystując układ z dławieniem. G. Claude i P. Heylandt ulepszyli w 1902 roku ten system włączając w obieg rozprężarkę. W 1920 Heylandt uprościł urządzenie stosując powietrze o ciśnieniu 150-100 at i temperaturze otoczenia. W 1939 P.L. Kapica zrealizował system, w którym zastosował do sprężania i rozprężania gazów układy wirnikowe.

Przykład:
1) Para wodna na szybach pod wpływem ciepła zamienia się w krople wody
2) Szrom na liściach zamienia się w rosę.

WRZENIE - intensywne parowanie cieczy podczas jej ogrzewania, zachodzące zarówno na powierzchni cieczy jak i w całej objętości, gdzie tworzą się pęcherze (wrzenie pęcherzykowe) lub warstewki pary (wrzenie błonowe). Wrzenie zachodzi pod stałą temperaturą ( zwaną temperaturą cieczy, w której ciśnienie pary nasyconej danej cieczy jest równe ciśnieniu zewnętrznemu. Temperatura wrzenia wrasta wraz z wzrostem ciśnienia. Wrzenie należy do przejść fazowych pierwszego rodzaju i opisanej jest równaniem Clapeyrona- Clausiusa. Podczas wrzenia ciecz jest intensywnie mieszana, dzięki czemu wzrasta współczynnik wnikania ciepła. Woda wrze w temperaturze 100 C.

Przykład: Podgrzewana woda w garnku wrze.