VAŘENÍ: KONCEPCE, TYPY A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Varu je změna stavu, nebo v kapalné fázi do plynného stavu. Vyskytuje se, když se kapalina zahřeje na teplotu varu: teplota, při které se tlak páry rovná atmosférickému tlaku vyvíjenému na povrch kapaliny.

Obecně se při varu přivádí teplo do spodní části nádoby, která obsahuje kapalinu. Zahájí se tvorba bublin, které se zvyšují, když stoupají směrem k povrchu kapaliny, protože tlak na ně se snižuje, když stoupají.

Když kapalina vaří, říká se, že dosáhla bodu varu. Zdroj: Pixabay.

Když je zahřívanou kapalinou voda, obsahují bubliny vodní páru; to znamená, že již obsahují vodu v plynném stavu. Kromě toho jsou bubliny distribuovány v celém objemu kapaliny. Teplota varu vody je kolem 100 ° C, při tlaku 1 atm (760 mmHg).

Aby se dosáhlo změny stavu z kapalné fáze na plynnou, je nutné dodávat energii (entalpie odpařování). Během varu zůstává teplota vody konstantní na 100 ° C, protože se ztrácí tepelná energie, protože molekuly kapalné vody vystupují jako vodní pára.

Druhy varu

Existují dva hlavní typy varu: nukleační a kritický tepelný tok.

Při vroucím nukleatu se vytvářejí malé objemové bubliny na různých místech objemu kapaliny.

Po zvýšení teploty je pozorována tvorba bublin

Mezitím v kritickém tepelném toku dochází k varu, když povrch, kde je přiváděno teplo, způsobuje var, se zahřívá nad kritickou teplotu a vytváří vrstvu páry na povrchu.

Bod varu

Faktory, které určují bod varu

Atmosférický tlak

Zvýšení atmosférického tlaku vede ke zvýšení bodu varu, protože je nezbytné zvýšit tlak vodní páry, aby se vyrovnal atmosférický tlak. Aby se toho dosáhlo, musí se teplota vody zvýšit, což vyžaduje vyšší kalorický výdaj.

Naopak, když se atmosférický tlak sníží, jako je tomu ve vysoké nadmořské výšce nad hladinou moře, bod varu klesá, protože je vyžadován nižší tlak par, který se rovná atmosférickému tlaku.

Mezimolekulární síly

Molekuly v roztoku mají několik typů interakcí, včetně: disperzních nebo londýnských sil, dipól-dipólových sil a vodíkových vazeb. Čím větší je velikost těchto sil, tím vyšší je bod varu.

Tepelná energie je nutná k přerušení interakce mezi molekulami, aby mohly mít dostatek energie k varu. Například: methyl-ether (C ₂ H ₆ O) má teplotu varu 25 ° C, zatímco ethylether (C ₄ H ₁₀ O) má teplotu varu 78,5 ° C,

Rozdíl mezi body varu, přestože má podobné chemické struktury, je vysvětlen, protože ethylether má vyšší molekulovou hmotnost; Obě skupiny tvořit vodíkové vazby, ale disperzní síly v C ₄ H ₁₀ O jsou silnější než v C ₂ H ₆ O.

Rozdíl mezi varem a odpařováním

Vaření pochází z kapaliny v blízkosti zdroje tepla a poté se šíří po celém objemu kapaliny. Na obrázku je vidět:

Mezitím je odpařování jevem povrchu kapaliny.

K odpařování dochází, když molekula kapaliny na rozhraní vzduch-kapalina má dostatek energie k překonání povrchového napětí, které na ni působí; tak uniká ze sinusu kapaliny a přechází do plynné fáze.

Odpařování může nastat při jakékoli teplotě, ale možnost jeho výskytu se zvyšuje s teplotou. Na následujícím obrázku je vidět voda odpařující se ze země:

Příklady varu

Sterilizace parou

Provádí se v zařízení zvaném autokláv, který má schopnost vytvářet vysoké tlaky vyvíjené vodní párou, která není schopna uniknout. Rovněž dochází ke zvýšení bodu varu vody, což jí umožňuje dosáhnout teploty nad 100 ° C.

V autoklávu jsou sterilizovány materiály pro tkáňové kultury, chirurgické materiály, materiály pro použití v laboratořích, kultivačních médiích atd. Podmínky použité pro sterilizaci v autoklávu jsou: 15 liber tlaku, teplota 121 ° C a doba trvání 15 minut.

Vaří jídlo

Jídlo se zahřívá umístěním do vody. Během vaření se používají teploty, které se rovnají bodu varu vody (100 ° C). Jídlo se zahřívá, v době, kdy to zkušenosti ukazují, aby se dosáhlo optimálních podmínek pro požití.

Čínské jídlo používá minimální var a páru, aby se zachovala barva, struktura a chuť jídla. Typ vaření známý jako vařič používá teploty pod bodem varu. Vaření jídla se také používá pomocí páry.

Tlakový hrnec

Tlakový hrnec se používá při vaření potravin. Jeho provoz je založen na jeho schopnosti omezit únik vodní páry produkované do atmosféry, což generuje zvýšení vnitřního tlaku.

Zvýšení tlaku vyvíjeného na povrch kapaliny v nádobě se projeví zvýšením bodu varu a dosahuje teploty nad 100 ° C. Tím se zkracuje doba vaření a tím se šetří spotřeba paliva.

Rozptyl tepla

Voda je vařena na hydrofilních površích, aby ochladila jaderné reaktory a výkonná elektronická zařízení, čímž jim zabránila přehřátí. Aby se dosáhlo bodu varu a varu, musí voda odebírat teplo z okolí, což vede ke snížení teploty.

Stanovení molární hmotnosti rozpuštěných látek

Zvýšení bodu varu vody je koligativní vlastnost; a proto závisí na koncentraci rozpuštěné rozpustné látky. Známe-li to, lze odhadnout molární hmotnost rozpuštěné látky. Existují však přesnější metody, například hmotnostní spektrometrie, která je stále užitečná.

Cukrovarnictví

Při rafinaci třtinového cukru pro výrobu krystalického cukru se třtinová šťáva vaří a teplota, kterou dosáhne, závisí na koncentraci cukru v ní.

Zvýšení bodu varu třtinové šťávy je měřítkem koncentrace cukru v roztoku. To je důležitá informace pro dosažení krystalizace cukru.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (26. září 2019). Definice varu v chemii. Obnoveno z: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Bod varu. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29. září 2019). Vařící. Obnoveno z: chem.libretexts.org
5. Vařící. Obnoveno z: chem.purdue.edu
6. Editors of Encyclopaedia Britannica. (19. května 2015). Vařící. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
7. Sofía Gutiérrez de Gamboa. (2008). Sterilizace lidským teplem.. Obnoveno z: ucv.ve
8. Purdue University. (30. dubna 2018). Vodoodpudivé povrchy mohou účinně vařit vodu a udržovat elektroniku v chladu. ScienceDaily. Obnoveno z: sciposedaily.com
9. Brennanová, Johne. (2019). Použití zvýšení bodu varu. sciencing.com. Obnoveno z: sciencing.com