KIEHUMINEN: KÄSITE, TYYPIT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2025

Kiehuva on tilan muutos tai nestefaasin kaasumaisessa tilassa. Se tapahtuu, kun neste kuumennetaan kiehumispisteeseen: lämpötila, jossa nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, joka kohdistuu nesteen pintaan.

Yleensä kiehuessa lämpöä johdetaan nestettä sisältävän astian alaosaan. Sieltä alkaa muodostua kuplia, joiden tilavuus kasvaa, kun ne nousevat kohti nesteen pintaa, koska paine niihin laskee noustessaan.

Kun neste kiehuu, sen sanotaan saavuttaneen kiehumispisteensä. Lähde: Pixabay.

Kun kuumennettu neste on vettä, kuplat sisältävät vesihöyryä; toisin sanoen ne sisältävät jo vettä kaasumaisessa tilassa. Lisäksi kuplat jakautuvat koko nesteen tilavuuteen. Veden kiehumislämpötila on noin 100ºC paineessa 1 atm (760 mmHg).

Tilamuutoksen aikaansaamiseksi nestemäisestä faasista kaasumaiseen on tarpeen toimittaa energiaa (höyrystymisen entalpia). Kiehumisen aikana veden lämpötila pysyy vakiona 100 ºC: ssa, koska lämpöenergia menetetään, kun nestemäiset vesimolekyylit tulevat ulos vesihöyryinä.

Kiehumisen tyypit

Kiehumista on kahta päätyyppiä: ytiminen ja kriittinen lämpövirta.

Nukleaatin kiehuessa pienen tilavuuden kuplia muodostuu nesteen tilavuuden eri paikoista.

Kuplien muodostumista havaitaan lämpötilan nousun jälkeen

Samaan aikaan kriittisessä lämpövirtauksessa kiehuu, kun pinta, jolle lämpöä syötetään kiehuvaksi, kuumenee yli kriittisen lämpötila-arvon muodostaen höyrykerroksen pintaan.

Kiehumispiste

Kiehumispistettä määrittävät tekijät

Ilmakehän paine

Ilmanpaineen nousu johtaa kiehumispisteen nousuun, koska on tarpeen nostaa vesihöyrynpainetta ilmakehän paineen tasaamiseksi. Tämän saavuttamiseksi veden lämpötilaa on nostettava, mikä edellyttää korkeampia kalorimääriä.

Päinvastoin, kun ilmanpaine laskee, kuten tapahtuu korkealla vuorella merenpinnan yläpuolella, kiehumispiste laskee, koska vaaditaan alhaisempi höyrynpaine, joka on yhtä suuri kuin ilmanpaine.

Molekyylien väliset voimat

Liuoksessa olevilla molekyyleillä on erityyppisiä vuorovaikutuksia, mukaan lukien: dispersio- tai Lontoon voimat, dipoli-dipoli-voimat ja vety sidokset. Mitä suurempi näiden voimien voimakkuus on, sitä korkeampi on kiehumispiste.

Lämpöenergiaa tarvitaan molekyylien välisen vuorovaikutuksen katkaisemiseksi, jotta niillä voi olla tarpeeksi energiaa kiehumiseen. Esimerkiksi: metyylieetterin (C ₂ H ₆ O) kiehumispiste on 25 ° C, kun taas etyylieetterin (C ₄ H ₁₀ O) kiehumispiste on 78,5 ° C.

Huolimatta siitä, että kiehumispisteillä on samanlaiset kemialliset rakenteet, ero kiehumispisteiden välillä, koska etyylieetterillä on korkeampi molekyylimassa; Ne molemmat muodostavat vetysidoksia, mutta dispersiivinen voimat C ₄ H ₁₀ O ovat vahvempia kuin C ₂ H ₆: lla

Ero kiehumisen ja haihtumisen välillä

Kiehuminen alkaa nesteestä, joka on lähellä lämmönlähdettä, ja leviää sitten koko nesteen tilavuuteen. Se näkyy tässä kuvassa:

Samaan aikaan haihtuminen on nestepinnan ilmiö.

Haihtuminen tapahtuu, kun nesteen molekyylillä ilma-neste-rajapinnalla on tarpeeksi energiaa sille kohdistetun pintajännityksen voittamiseksi; joten se karkaa nesteen sinuksesta ja kulkee kaasumaiseen vaiheeseen.

Haihtumista voi tapahtua missä tahansa lämpötilassa, mutta sen esiintymismahdollisuudet kasvavat lämpötilan noustessa. Seuraavassa kuvassa voit nähdä veden haihtuvan maasta:

Esimerkkejä kiehumisesta

Höyrysterilointi

Se suoritetaan laitteissa, joita kutsutaan autoklaaveiksi, joilla on kyky tuottaa vesihöyryn aiheuttamia suuria paineita, jotka eivät pääse pois. Samoin veden kiehumispiste nousee, mikä sallii sen saavuttaa lämpötilat yli 100 ºC.

Autoklaavissa steriloidaan kudosviljelyn materiaalit, kirurgiset materiaalit, laboratorioissa käytettävät materiaalit, viljelyalustat jne. Autoklaavissa sterilointiin käytettävät olosuhteet ovat: 15 naulaa painetta, lämpötila 121 ºC ja kesto 15 minuuttia.

Valmistaa ruokaa

Ruoka lämmitetään asettamalla se veteen. Kypsentämisen aikana käytetään lämpötiloja, jotka vastaavat veden kiehumispistettä (100 ºC). Ruoka lämmitetään kokemuksen osoittaman ajan kuluessa optimaalisten olosuhteiden saavuttamiseksi.

Kiinalaisessa ruoassa käytetään vain vähän kiehuvaa ja höyryävää ruoan värin, rakenteen ja maun säilyttämiseksi. Keittotyyppi, joka tunnetaan nimellä simmer, käyttää kiehumispisteen alapuolella olevia lämpötiloja. Ruoanlaittoa käytetään myös höyryllä.

Painekattila

Painekattilaa käytetään ruoan keittämiseen. Sen toiminta perustuu kykyyn rajoittaa ilmakehään tuotetun vesihöyryn poistumista, mikä lisää sisäistä painetta.

Astian nesteen pintaan kohdistuva paineen nousu merkitsee kiehumispisteen nousua ja lämpötilojen saavuttamista yli 100 ºC. Tämä lyhentää keittoaikaa ja säästää siten polttoaineen kulutusta.

Lämmönpoisto

Vesi keitetään hydrofiilisillä pinnoilla ydinreaktorien ja suuritehoisten elektronisten laitteiden jäähdyttämiseksi estäen siten niiden ylikuumenemista. Kiehumispisteen saavuttamiseksi ja kiehumisen vuoksi veden on otettava lämpöä ympäristöstään ja tämä alentaa sen lämpötilaa.

Liukoisten aineiden moolimassan määrittäminen

Veden kiehumispisteen nostaminen on kollagektiivinen ominaisuus; ja siten riippuvainen liuenneen liuenneen aineen pitoisuudesta. Tietäen sen, liuenneen aineen moolimassa voidaan arvioida. On kuitenkin olemassa tarkempia menetelmiä, kuten massaspektrometria, joka on edelleen hyödyllinen menetelmä.

Sokeriteollisuus

Ruokasokerin puhdistamisessa kiteisen sokerin tuottamiseksi ruokosokerimehu keitetään ja sen saavuttama lämpötila riippuu sokerin pitoisuudesta siinä.

Sokeriruo'omehun kiehumispisteen korotus on mitta sokerin pitoisuudelle liuoksessa. Tämä on tärkeä tieto sokerin kiteytymisen saavuttamiseksi.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Helmenstine, tohtori Anne Marie (26. syyskuuta 2019). Kiehumisen määritelmä kemiassa. Palautettu osoitteesta: gondo.com
3. Wikipedia. (2019). Kiehumispiste. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29. syyskuuta 2019). Keittämällä. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
5. Keittämällä. Palautettu: kem.purdue.edu
6. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (19. toukokuuta 2015). Keittämällä. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
7. Professori Sofía Gutiérrez de Gamboa. (2008). Sterilointi ihmisen lämmöllä.. Palautettu: ucv.ve
8. Purduen yliopisto. (30. huhtikuuta 2018). Vettä hylkivät pinnat voivat keittää tehokkaasti vettä, pitää elektroniikan viileänä. ScienceDaily. Palautettu osoitteesta: sciencedaily.com
9. Brennan, John. (2019). Kiehumispistekorkeuden käyttö. sciencing.com. Palautettu osoitteesta: sciencing.com