沸騰率。 条件が異なると水の沸点が異なるのはなぜですか? 沸点を変える方法

通常の大気圧（約 760 mm Hg）における水の沸点が 100 °C であることは誰もが知っています。 しかし、水がさまざまな温度で沸騰することを誰もが知っているわけではありません。 沸点は多くの要因によって決まります。 特定の条件が満たされれば、水は+70 °C、+130 °C、さらには300 °Cでも沸騰します。 理由を詳しく見てみましょう。

水の沸点は何によって決まるのでしょうか?

容器内の水の沸騰は、あるメカニズムに従って起こります。 液体が加熱すると、液体を注いだ容器の壁に気泡が現れます。 それぞれの泡の中には蒸気が入っています。 泡の中の蒸気の温度は、最初は加熱された水よりもはるかに高くなります。 しかし、この期間の圧力は泡の中よりも高くなります。 水が温まるまで、泡の中の蒸気は圧縮されます。 その後影響を受けて 外圧泡がはじけた。 このプロセスは、気泡内の液体と蒸気の温度が等しくなるまで続けられます。 蒸気ボールが表面に浮上できるようになりました。 水が沸騰し始めます。 その後、過剰な熱が蒸気によって大気中に除去されるため、加熱プロセスが停止します。 これが熱力学的平衡です。 物理学を思い出してみましょう。水の圧力は、液体自体の重さと、水を入れた容器の上の気圧で構成されます。 したがって、2 つのパラメータ (容器内の液体の圧力と大気圧) のいずれかを変更することで、沸点を変更できます。

山の水の沸点は何度ですか?

山では液体の沸点が徐々に下がります。 これは次の事実によるものです 大気圧山に登ると徐々に減っていきます。 水が沸騰するには、水の加熱中に発生する泡内の圧力が大気圧と等しくなければなりません。 したがって、山の標高が 300 メートル上がるごとに、水の沸点は約 1 度下がります。 このタイプの沸騰水は、平坦な地形で沸騰する液体ほど熱くありません。 高地ではお茶を淹れるのが難しく、場合によっては不可能です。 沸騰水の圧力依存性は次のようになります。

他の条件ではどうなのでしょうか？

真空中での水の沸点は何度ですか? 真空とは、圧力が大気圧よりも大幅に低い希薄な環境です。 希薄環境における水の沸点は残留圧力にも依存します。 真空圧0.001気圧にて。 液体は6.7℃で沸騰します。 通常、残留圧力は約 0.004 atm であるため、この圧力では水は 30 °C で沸騰します。 希薄な環境で圧力が上昇すると、液体の沸点が上昇します。

密閉容器に入れた水はなぜ高温で沸騰するのでしょうか?

密閉された容器では、液体の沸点は容器内の圧力に関係します。 加熱プロセス中に蒸気が放出され、容器の蓋や壁に結露として付着します。 したがって、容器内の圧力が上昇します。 たとえば、圧力鍋では圧力が1.04気圧に達するため、液体は120℃で沸騰します。 通常、このようなコンテナでは、内蔵バルブを使用して圧力を調整でき、したがって温度も調整できます。

水を沸騰させる過程次の 3 つの段階で構成されます。
- 第一段階の始まり - やかんや水を沸騰させる他の容器の底から小さな気泡が飛び跳ね、水の表面に新しい泡の形成が現れます。 徐々にそのような泡の数が増えます。

- 2番目に 沸騰水ステージ大量の急速な泡が上向きに上昇し、最初は水がわずかに濁りますが、その後「白濁」に変わり、水は泉の流れのように見えます。 この現象を沸騰といいます 白鍵そして極めて短命です。

– 第三段階では、水が沸騰し、大きな破裂泡が現れ、表面に水しぶきが現れるという激しいプロセスが伴います。 飛び散りの量が多い場合は、お湯が沸騰しすぎていることを意味します。

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一般の観察者は、水が沸騰する 3 つの段階すべてがさまざまな音を伴うという事実に長い間気づいてきました。 最初の段階の水はかろうじて聞こえるか細い音を立てます。 第2段階では、音は蜂の群れの羽音を思わせるノイズに変わります。 第三段階では、沸騰したお湯の音は均一性を失い、鋭く大きくなり、無秩序に成長します。

全て 沸騰水ステージ経験によって簡単に検証できます。 開いたガラス容器で水を加熱し始め、定期的に温度を測定すると、しばらくすると、容器の底と壁を覆う泡が観察され始めます。

下部付近に表示されるバブルを詳しく見てみましょう。 泡は徐々にその体積を増加させ、まだ高温に達していない加温水との接触面積も増加します。 この結果、泡の中の蒸気と空気が冷却され、その結果圧力が低下し、水の重力によって泡が破裂します。 このとき、水が沸騰するような音を立てます。これは、泡が破裂する場所で水が容器の底に衝突するために発生します。

水の下層の温度が摂氏 100 度に近づくと、泡内の圧力が水の圧力と等しくなり、その結果、泡は徐々に膨張します。 気泡の体積が増加すると、気泡に対する浮力の作用も増大し、その影響下で最も嵩高い気泡が容器の壁から離れて急速に上方に上昇します。 水の上層がまだ 100 度に達していない場合、泡は冷たい水に落ち、水蒸気の一部を失い、凝縮して水の中に入ります。 この場合、気泡は再びサイズが小さくなり、重力の影響で下に落ちます。 底付近では、泡は再び体積を増し、上向きに上昇します。泡のサイズが変化することで、沸騰したお湯のような独特の音が発生します。

水全体の温度が 100 度に達するまでに、上昇する泡はサイズが小さくならず、水の表面で破裂します。 この場合、特徴的なゴロゴロ音を伴い、蒸気が外側に放出されます。これは、次のことを意味します。 水が沸騰しています。 液体が沸騰に達する温度は、その自由表面が受ける圧力によって決まります。 この圧力が高いほど、必要な温度も高くなります。逆も同様です。

その水は次の温度で沸騰します 摂氏100度は周知の事実です。 ただし、この温度は通常の大気圧 (約 101 キロパスカル) の下でのみ有効であることを考慮する価値があります。 圧力が上昇すると、液体が沸騰に達する温度も上昇します。 たとえば、圧力鍋では、水の沸点が 120 度である 200 キロパスカルに近い圧力下で食品が調理されます。 この温度の水では、通常の沸騰温度よりもはるかに早く調理が進むため、鍋の名前が付けられました。

したがって、圧力が低下すると水の沸点も下がります。 たとえば、標高 3 キロメートルに住む山岳地帯の住民は、平地に住む住民よりも早く沸騰したお湯に達します。これは、70 キロパスカルの圧力で 90 度しか必要としないため、沸騰する水のすべての段階がより早く起こります。 しかし、例えば料理をする場合、 鶏の卵タンパク質が凝固する最低温度はちょうど摂氏100度であるため、山の住民はそれができません。

沸騰とは、物質の凝集状態を変化させるプロセスです。 私たちが水について話すとき、それは液体状態から蒸気状態への変化を意味します。 沸騰は蒸発ではなく、室温でも発生する可能性があることに注意することが重要です。 また、水を特定の温度まで加熱するプロセスである沸騰と混同しないでください。 概念を理解したので、水が沸騰する温度を決定できます。

プロセス

凝集状態を液体から気体に変化させるプロセスは複雑です。 人には見えませんが、次の 4 つの段階があります。

1. 最初の段階では、加熱された容器の底に小さな泡が形成されます。 側面や水面にも見られます。 それらは、水を加熱する容器の亀裂に常に存在する気泡の膨張によって形成されます。
2. 第二段階では、泡の体積が増加します。 内部には水より軽い飽和蒸気があるため、それらはすべて表面に急上昇し始めます。 加熱温度が上昇すると、気泡の圧力が増加し、よく知られているアルキメデスの力によって気泡が表面に押し出されます。 この場合、泡のサイズが絶えず膨張および縮小するために形成される、特徴的な沸騰音が聞こえます。
3. 第三段階では表面に多数の気泡が見られます。 これにより、最初は水に濁りが生じます。 このプロセスは一般に「白沸騰」と呼ばれ、短時間で完了します。
4. 第 4 段階では、水が激しく沸騰し、水面に大きな破裂泡が現れ、水しぶきが現れることがあります。 ほとんどの場合、飛び散るということは、液体が最高温度に達していることを意味します。 水から蒸気が出始めます。

水は100度の温度で沸騰することが知られていますが、これは第4段階でのみ可能です。

蒸気温度

蒸気は水の状態の 1 つです。 空気中に入ると、他のガスと同様に一定の圧力がかかります。 蒸発中、液体全体の凝集状態が変化するまで、蒸気と水の温度は一定に保たれます。 この現象は、沸騰中にすべてのエネルギーが水を蒸気に変換するために費やされるという事実によって説明できます。

沸騰の最初に湿った飽和蒸気が形成され、すべての液体が蒸発すると乾燥します。 その温度が水の温度を超え始めると、そのような蒸気は過熱され、その特性は気体に近づきます。

沸騰した塩水

塩分を多く含む水がどのくらいの温度で沸騰するのかを知ることは非常に興味深いです。 組成物中の水分子間の領域を占める Na+ イオンと Cl- イオンの含有量により、この値は高くなるはずであることが知られています。 これにより、塩を含む水の化学組成が通常の新鮮な液体とは異なります。

実際、塩水では水和反応、つまり水分子を塩イオンに加えるプロセスが起こります。 分子間のコミュニケーション 淡水水和中に形成されるものよりも弱いため、塩が溶けた液体の沸騰には時間がかかります。 温度が上昇すると、塩水中の分子の移動は速くなりますが、その数は少なくなり、衝突の頻度は低くなります。 その結果、発生する蒸気が少なくなり、その圧力は真水の蒸気圧よりも低くなります。 その結果、完全に蒸発するにはより多くのエネルギー（温度）が必要になります。 平均して、60グラムの塩を含む1リットルの水を沸騰させるには、水の沸騰度を10％（つまり、10℃）上げる必要があります。

沸騰の圧力依存性

山では、関係なく、 化学組成水の沸点は低くなります。 これは、高地では大気圧が低くなるために起こります。 常圧は101.325 kPaと考えられます。 この場合、水の沸点は100℃になります。 しかし、平均気圧が40 kPaである山に登ると、そこの水は75.88℃で沸騰します。しかし、だからといって、山で調理に費やす時間がほぼ半分になるというわけではありません。 食品の加熱処理には一定の温度が必要です。

海抜500メートルでは水は98.3℃で沸騰し、標高3000メートルでは沸点は90℃になると考えられています。

この法則は逆方向にも適用されることに注意してください。 蒸気が通過できない密閉フラスコに液体を入れると、温度が上昇して蒸気が発生し、このフラスコ内の圧力が上昇し、沸騰します。 高血圧より高い温度で発生します。 たとえば、圧力が 490.3 kPa の場合、水の沸点は 151 ℃ になります。

沸騰した蒸留水

蒸留水は不純物を含まない精製水です。 医療または技術的な目的でよく使用されます。 このような水には不純物が含まれていないため、調理には使用されません。 興味深いことに、蒸留水は通常の真水よりも早く沸騰しますが、沸点は同じ100度のままです。 ただし、沸騰時間の違いはわずかで、わずか 1 秒です。

ティーポットの中

やかんは液体を沸騰させるために使用する器具であるため、やかんの中の水はどのくらいの温度で沸騰するのか疑問に思う人がよくいます。 アパートの大気圧が標準と同等であり、使用される水には存在すべきではない塩やその他の不純物が含まれていないという事実を考慮すると、沸点も標準 - 100度になります。 しかし、水に塩が含まれている場合は、ご存知のとおり、沸点が高くなります。

結論

これで、水が沸騰する温度と、大気圧と液体の組成がこのプロセスにどのように影響するかがわかりました。 これについては何も複雑なことはなく、子供たちは学校でそのような情報を受け取ります。 重要なことは、圧力が低下すると液体の沸点も低下し、圧力が上昇すると沸点も上昇することを覚えておくことです。

インターネット上でたくさん見つかります 異なるテーブルここでは、液体の沸点の大気圧への依存性が示されています。 これらは誰でも利用でき、学童、学生、さらには教育機関の教師によっても積極的に使用されています。

沸騰は、物質が液体から気体状態に変化するプロセスです（液体中での蒸発）。 沸騰は蒸発ではない: 何が起こり得るかが異なります 特定の圧力と温度でのみ。

沸騰 – 水を沸点まで加熱します。

水の沸騰は次のような複雑なプロセスです。 4つの段階。 開いたガラス容器で水を沸騰させる例を考えてみましょう。

最初の段階では水が沸騰すると、容器の底に小さな気泡が現れ、側面の水面にも気泡が見えます。

これらの泡は、容器の小さな亀裂に存在する小さな気泡が膨張した結果として形成されます。

第二段階では気泡の体積の増加が観察され、ますます多くの気泡が表面に押し寄せます。 泡の中には飽和水蒸気が入っています。

温度が上昇すると、飽和気泡の圧力が増加し、気泡のサイズが大きくなります。 その結果、気泡に作用するアルキメデス力が増加します。

この力のおかげで、泡は水面に集まりやすくなります。 水の最上層が温まる時間がなかった場合 100℃まで(そしてこれが沸点です きれいな水不純物が含まれていない場合）、泡はより熱い層に沈み、その後再び表面に急いで戻ります。

泡は絶えず減ったり大きくなったりするため、容器内で音波が発生し、沸騰特有の騒音が発生します。

第三段階では膨大な数の泡が水面に上がり、最初は水がわずかに濁りますが、その後「青白くなります」。 このプロセスは長く続かず、「白沸騰」と呼ばれます。

ついに、 第四段階で沸騰後、水は激しく沸騰し始め、大きな破裂泡と飛沫が現れます（原則として、飛沫は水が強く沸騰したことを意味します）。

水から水蒸気が発生し始め、水は特定の音を出します。

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水が沸騰するときの蒸気の温度 ^

蒸気は水の気体状態です。 蒸気が空気中に入ると、他のガスと同様に、空気に一定の圧力がかかります。

蒸気の生成プロセス中、すべての水分が蒸発するまで、蒸気と水の温度は一定に保たれます。

この現象は、すべてのエネルギー (温度) が水を蒸気に変える方向に向けられるという事実によって説明されます。 でこの場合 乾燥した飽和蒸気が形成されます。 このような蒸気中には高度に分散した液相粒子は存在しません。 蒸気も可能です.

飽和湿潤および過熱液相の高度に分散した粒子を浮遊させた飽和蒸気 湿った飽和蒸気.

水を沸騰させ始めると、まさにそのような蒸気が形成され、その後乾燥した飽和蒸気に変わります。 沸騰した水の温度よりも高い温度の蒸気、またはむしろ過熱蒸気は、特別な装置を使用しないと得られません。 この場合、蒸気は気体に近い性質を持つことになります。.

食塩水の沸点^

塩水の沸点は淡水の沸点より高い。 結果として 塩水後で新鮮に煮る。 塩水には Na+ イオンと Cl- イオンが含まれており、水分子間の一定の領域を占めています。

塩水では、水和と呼ばれるプロセスで水分子が塩イオンに結合します。 水の分子間の結合は、水和中に形成される結合よりもはるかに弱いです。

したがって、真水の分子が沸騰すると、蒸発がより速く起こります。

塩が溶けた水を沸騰させるには、より多くのエネルギーが必要になります。この場合、エネルギーは温度です。

温度が上昇すると、塩水中の分子の移動は速くなりますが、分子の数が少なくなり、衝突の頻度が低くなります。 その結果、発生する蒸気の量が少なくなり、その圧力は真水の蒸気よりも低くなります。

塩水中の圧力が大気圧よりも高くなり、沸騰プロセスが始まるには、より高い温度が必要です。 1リットルの水に60グラムの塩を加えると沸点が10℃上がります。

水が沸騰する温度を尋ねられたら、おそらく 100 °C と答えるでしょう。 そしてあなたの答えは正しいでしょうが、この値は通常の大気圧 - 760 mm Hgでのみ正しいです。 美術。 実際、水は80℃でも130℃でも沸騰します。 このような不一致の理由を説明するには、まず沸騰とは何かを知る必要があります。

このメカニズムを研究すると、水が沸騰するのに何度必要かを知ることができます。 物理現象。 沸騰は液体を蒸気に変換するプロセスであり、いくつかの段階で発生します。

1. 液体が加熱されると、容器の壁の微小な亀裂から空気と水蒸気を含む泡が発生します。
2. 泡はわずかに膨張しますが、容器内の液体は非常に冷たいため、蒸気が泡の中で凝縮します。
3. 液体全体が十分に熱くなるまで、泡がはじけ始めます。
4. しばらくすると、泡の中の水と蒸気の圧力が等しくなります。 この段階では、個々の泡が表面に上昇して蒸気を放出することがあります。
5. 泡が勢いよく立ち上り、特徴的な音とともに沸騰が始まります。 この段階からは容器内の温度は変化しません。
6. 沸騰プロセスは、すべての液体が気体状態に変化するまで続きます。

蒸気温度

水が沸騰するときの蒸気の温度は、水自体の温度と同じです。 この値は、容器内の液体がすべて蒸発するまで変化しません。 沸騰プロセス中に、湿った蒸気が形成されます。 これは、気体の全体積全体に均一に分散された液体粒子で飽和しています。 次に、高度に分散した液体粒子が凝結し、飽和蒸気が乾き蒸気になります。

沸騰した水よりもはるかに熱い過熱蒸気もあります。 しかし、それは特別な装置を使用しないと得られません。

圧力の影響

液体が沸騰するには、液体物質と蒸気の圧力が等しくなる必要があることがすでにわかっています。 水圧は大気圧と液体自体の圧力の合計であるため、沸騰時間を次の 2 つの方法で変更できます。

• 大気圧の変化。
• 容器自体内の圧力の変化。

最初の症例は、海抜の異なる標高にある地域で観察できます。 海岸では沸点は100℃ですが、エベレストの頂上ではわずか68℃です。 研究者らは、山に登る場合、300メートルごとに水の沸点が1℃下がると計算しました。

これらの値は、水の化学組成および不純物（塩、金属イオン、可溶性ガス）の存在によって異なる場合があります。

沸騰したお湯を得るには、ティーポットが最もよく使用されます。 やかんの水の沸点は居住地域によっても異なります。 山岳地帯の住民は、沸騰したお湯をより熱くし、調理プロセスをスピードアップするのに役立つオートクレーブと圧力鍋を使用することをお勧めします。

沸騰した塩水

水の沸騰度によって、水中の不純物の存在が決まります。 付属 海水ナトリウムイオンと塩素イオンが存在します。 それらは H2O 分子の間に位置し、H2O 分子を引き付けます。 このプロセスは水和として知られています。

水と塩イオンの間の結合は、水分子間の結合よりもはるかに強いです。 この結合を壊すために塩水を沸騰させるには、より多くのエネルギーが必要です。 このエネルギーが温度です。

また、塩分を含む液体は、H2O 分子の濃度が低いという点で新鮮な液体とは異なります。 この場合、加熱するとより速く動き始めますが、衝突する頻度が低いため、十分な大きさの蒸気泡を形成できません。 小さな泡の圧力は、泡を表面に浮かび上がらせるのに十分ではありません。

水と大気圧を等しくするには、温度を上げる必要があります。 したがって、塩水は真水よりも沸騰するのにはるかに時間がかかり、沸点は塩分濃度に依存します。 1リットルの液体に60gのNaClを加えると沸点が10℃上昇することが知られています。

沸点を変える方法

山間部では食事を作るのが大変で、時間がかかります。 理由は沸騰したお湯の温度が足りないからです。 非常に高い標高では、十分な熱処理が必要な肉を調理することはもちろん、卵をゆでることもほとんど不可能です。

液体が沸騰する温度を変更することは、山岳地帯の住民だけでなく、住民にとっても重要です。

製品や器具を滅菌するには、より多くの製品を使用することをお勧めします。 高温微生物の中には熱に強いものもありますので、100℃以上で使用してください。

これは主婦だけでなく、研究室で働く専門家にとっても重要な情報です。 また、沸点を上げることで調理にかかる時間を大幅に節約できますが、これは現代では重要です。

この数値を高めるには、しっかりと密閉された容器を使用する必要があります。 圧力鍋は蓋が蒸気を通さないので容器内の圧力が高まり、これに最適です。 加熱中は蒸気が出ますが、外に逃げることができないため蓋の内側に結露します。 これにより、内圧が大幅に上昇します。 オートクレーブ内の圧力は 1 ～ 2 気圧であるため、オートクレーブ内の液体は 120 ～ 130 °C の温度で沸騰します。

水の最高沸点は、大気圧が上昇すると上昇する可能性があるため、まだ不明です。 蒸気タービンでは、400℃、数十気圧でも水は沸騰しないことが知られています。 同じデータが深海でも得られました。

減圧で水を沸騰させる: ビデオ