GOTOWANIE: KONCEPCJA, RODZAJE I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Wrzenia jest zmiana stanu lub w fazie ciekłej w stan gazowy. Występuje, gdy ciecz jest podgrzewana do jej temperatury wrzenia: temperatury, w której ciśnienie pary cieczy jest równe ciśnieniu atmosferycznemu, które jest wywierane na powierzchnię cieczy.

Ogólnie rzecz biorąc, podczas gotowania ciepło jest dostarczane do dolnej części pojemnika zawierającego płyn. Zaczyna się tworzenie pęcherzyków, które zwiększają swoją objętość, gdy wznoszą się w kierunku powierzchni cieczy, ponieważ ciśnienie na nich spada wraz ze wzrostem.

Kiedy ciecz wrze, mówi się, że osiągnęła punkt wrzenia. Źródło: Pixabay.

Gdy podgrzewaną cieczą jest woda, bąbelki zawierają parę wodną; to znaczy, że zawierają już wodę w stanie gazowym. Ponadto bąbelki są rozprowadzane w całej objętości cieczy. Temperatura wrzenia wody wynosi około 100ºC, przy ciśnieniu 1 atm (760 mmHg).

Do zmiany stanu z fazy ciekłej na gazową niezbędne jest dostarczenie energii (entalpia parowania). Podczas wrzenia temperatura wody pozostaje stała i wynosi 100 ºC, ponieważ energia cieplna jest tracona, gdy cząsteczki ciekłej wody wychodzą w postaci pary wodnej.

Rodzaje wrzenia

Istnieją dwa główne rodzaje wrzenia: zarodkowy i krytyczny strumień ciepła.

Podczas wrzenia zarodkowego w różnych miejscach objętości cieczy tworzą się pęcherzyki o małej objętości.

Po wzroście temperatury obserwuje się tworzenie się pęcherzyków

Tymczasem w krytycznym przepływie ciepła wrzenie występuje, gdy powierzchnia, do której dostarczane jest ciepło, aby zapoczątkować wrzenie, nagrzewa się powyżej krytycznej wartości temperatury, tworząc warstwę pary na powierzchni.

Temperatura wrzenia

Czynniki określające temperaturę wrzenia

Ciśnienie atmosferyczne

Wzrost ciśnienia atmosferycznego powoduje wzrost temperatury wrzenia, ponieważ konieczne jest zwiększenie ciśnienia pary wodnej w celu wyrównania ciśnienia atmosferycznego. Aby to osiągnąć, należy podnieść temperaturę wody, co wymaga większego wydatku kalorycznego.

Wręcz przeciwnie, gdy ciśnienie atmosferyczne spada, jak ma to miejsce w górach na dużej wysokości nad poziomem morza, temperatura wrzenia spada, ponieważ wymagana jest niższa prężność pary niż ciśnienie atmosferyczne.

Siły międzycząsteczkowe

Cząsteczki w roztworze mają kilka typów oddziaływań, w tym: siły dyspersyjne lub siły Londynu, siły dipol-dipol i wiązania wodorowe. Im większa wielkość tych sił, tym wyższa temperatura wrzenia.

Energia cieplna jest potrzebna do przerwania interakcji między cząsteczkami, aby mogły mieć wystarczającą ilość energii do wrzenia. Na przykład: eter metylowy (C ₂ H ₆ O) ma temperaturę wrzenia 25 ° C, a eter etylowy (C ₄ H ₁₀ O) ma temperaturę wrzenia 78,5 ° C.

Różnica między temperaturami wrzenia, pomimo podobnej struktury chemicznej, jest wyjaśniona, ponieważ eter etylowy ma wyższą masę cząsteczkową; Obie tworzą wiązania wodorowe, ale siły dyspersyjne w C ₄ H ₁₀ O są silniejsze niż w C ₂ H ₆ O.

Różnica między wrzeniem a parowaniem

Wrzenie zaczyna się w cieczy w pobliżu źródła ciepła, a następnie rozchodzi się po całej objętości cieczy. Widać to na tej ilustracji:

Tymczasem parowanie jest zjawiskiem na powierzchni cieczy.

Odparowanie zachodzi, gdy cząsteczka cieczy na granicy faz powietrze-ciecz ma wystarczającą energię, aby przezwyciężyć wywierane na nią napięcie powierzchniowe; więc ucieka z zatoki cieczy i przechodzi do fazy gazowej.

Odparowanie może nastąpić w dowolnej temperaturze, ale możliwość jego wystąpienia wzrasta wraz z temperaturą. Na poniższym zdjęciu widać parującą wodę z ziemi:

Przykłady gotowania

Sterylizacja parowa

Odbywa się to w urządzeniu zwanym autoklawem, który ma zdolność do generowania wysokiego ciśnienia wywieranego przez parę wodną, ​​która nie jest w stanie uciec. Podobnie następuje wzrost temperatury wrzenia wody, co pozwala jej osiągnąć temperaturę powyżej 100 ºC.

W autoklawie sterylizowane są materiały do ​​hodowli tkankowej, materiały chirurgiczne, materiały do ​​użytku w laboratoriach, pożywki hodowlane itp. Warunki sterylizacji w autoklawie to: ciśnienie 15 funtów, temperatura 121 ° C i czas trwania 15 minut.

Gotowanie jedzenia

Żywność podgrzewa się, umieszczając ją w wodzie. Podczas gotowania stosuje się temperatury równe temperaturze wrzenia wody (100 ºC). Pokarm jest podgrzewany w czasie wskazanym przez doświadczenie, aby osiągnąć optymalne warunki do spożycia.

W chińskiej kuchni stosuje się minimalne gotowanie i gotowanie na parze, aby zachować kolor, konsystencję i smak potraw. Typ gotowania znany jako gotowanie na wolnym ogniu wykorzystuje temperatury poniżej temperatury wrzenia. Gotowanie żywności jest również wykorzystywane przy użyciu pary.

Szybkowar

Szybkowar służy do gotowania potraw. Jego działanie opiera się na zdolności ograniczania ucieczki pary wodnej wytwarzanej do atmosfery, co powoduje wzrost ciśnienia wewnętrznego.

Wzrost ciśnienia wywieranego na powierzchnię cieczy w naczyniu przekłada się na wzrost temperatury wrzenia i osiąga temperatury powyżej 100 ºC. Skraca to czas gotowania, a tym samym oszczędza paliwo.

Rozpraszanie ciepła

Woda jest gotowana na hydrofilowych powierzchniach w celu chłodzenia reaktorów jądrowych i urządzeń elektronicznych dużej mocy, zapobiegając w ten sposób ich przegrzaniu. Aby osiągnąć punkt wrzenia i zagotować się, woda musi odbierać ciepło z otoczenia, co powoduje spadek jej temperatury.

Wyznaczanie masy molowej substancji rozpuszczonych

Podwyższenie temperatury wrzenia wody jest właściwością koligatywną; a zatem zależy od stężenia rozpuszczonej substancji rozpuszczonej. Znając to, można oszacować masę molową substancji rozpuszczonej. Istnieją jednak bardziej precyzyjne metody, takie jak spektrometria mas, która nadal jest przydatną metodą.

Przemysł cukrowniczy

W procesie rafinacji cukru trzcinowego do produkcji cukru krystalicznego sok trzcinowy jest gotowany, a temperatura, jaką osiąga, zależy od stężenia zawartego w nim cukru.

Podwyższenie temperatury wrzenia soku z trzciny cukrowej jest miarą stężenia cukru w ​​roztworze. Jest to ważna informacja dla osiągnięcia krystalizacji cukru.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (26 września 2019). Definicja wrzenia w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Temperatura wrzenia. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29 września 2019). Wrzenie. Odzyskane z: chem.libretexts.org
5. Wrzenie. Odzyskany z: chem.purdue.edu
6. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (19 maja 2015). Wrzenie. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
7. Prof. Sofía Gutiérrez de Gamboa. (2008). Sterylizacja ciepłem człowieka. . Odzyskany z: ucv.ve
8. Uniwersytet Purdue. (30 kwietnia 2018). Powierzchnie hydrofobowe mogą skutecznie zagotować wodę, utrzymując chłód elektroniki. ScienceDaily. Odzyskany z: sciencedaily.com
9. Brennan, John. (2019). Zastosowania wysokości punktu wrzenia. sciencing.com. Odzyskany z: sciencing.com