Hvordan vand koger. Kogende stadier af vand

Kogning er processen med at ændre den samlede tilstand af et stof. Når vi taler om vand, mener vi skiftet fra væske til damp. Det er vigtigt at bemærke, at kogning ikke er fordampning, som kan forekomme selv ved stuetemperatur. Du må heller ikke forveksle med kogning, som er processen med at opvarme vand til en bestemt temperatur. Nu hvor vi har forstået begreberne, kan vi bestemme, ved hvilken temperatur vand koger.

Behandle

Selve processen med at omdanne aggregeringstilstanden fra flydende til gasformig er kompleks. Og selvom folk ikke kan se det, er der 4 stadier:

1. I den første fase dannes der små bobler i bunden af ​​den opvarmede beholder. De kan også ses på siderne eller på vandoverfladen. De dannes på grund af udvidelsen af ​​luftbobler, som altid er til stede i tankens revner, hvor vandet opvarmes.
2. I anden fase øges boblernes volumen. Alle begynder de at skynde sig op til overfladen, da der er mættet damp inde i dem, som er lettere end vand. Med en stigning i opvarmningstemperaturen stiger boblernes tryk, og de skubbes til overfladen på grund af den velkendte Archimedes-kraft. I dette tilfælde kan du høre den karakteristiske lyd af kogning, som dannes på grund af den konstante udvidelse og reduktion i størrelsen af ​​boblerne.
3. I tredje fase kan et stort antal bobler ses på overfladen. Dette skaber i første omgang uklarhed i vandet. Denne proces kaldes populært "kogning med en hvid nøgle", og den varer en kort periode.
4. På det fjerde trin koger vandet intensivt, store sprængende bobler opstår på overfladen, og der kan forekomme stænk. Oftest betyder stænk, at væsken har nået sin maksimale temperatur. Damp vil begynde at komme ud af vandet.

Det er kendt, at vand koger ved en temperatur på 100 grader, hvilket kun er muligt på det fjerde trin.

Damptemperatur

Damp er en af ​​vandets tilstande. Når det kommer ind i luften, så udøver det ligesom andre gasser et vist tryk på det. Under fordampning forbliver temperaturen af ​​damp og vand konstant, indtil hele væsken ændrer sin aggregeringstilstand. Dette fænomen kan forklares ved, at al energien under kogning bruges på at omdanne vand til damp.

Allerede i begyndelsen af ​​kogningen dannes fugtig mættet damp, som efter fordampning af al væsken bliver tør. Hvis dens temperatur begynder at overstige vandtemperaturen, bliver sådan damp overophedet, og med hensyn til dens egenskaber vil den være tættere på gas.

Kogende saltvand

Det er interessant nok at vide, ved hvilken temperatur vand med et højt saltindhold koger. Det er kendt, at det burde være højere på grund af indholdet af Na+ og Cl- ioner i sammensætningen, som optager et område mellem vandmolekyler. Denne kemiske sammensætning af vand med salt adskiller sig fra den sædvanlige friske væske.

Faktum er, at i saltvand finder en hydreringsreaktion sted - processen med at binde vandmolekyler til saltioner. Bindingen mellem ferskvandsmolekyler er svagere end dem, der dannes under hydrering, så kogende væske med opløst salt vil tage længere tid. Efterhånden som temperaturen stiger, bevæger molekylerne sig i vand, der indeholder salt, hurtigere, men der er færre af dem, hvorfor kollisioner mellem dem forekommer sjældnere. Som følge heraf produceres der mindre damp, og dets tryk er derfor lavere end damphovedet for ferskvand. Derfor kræves der mere energi (temperatur) til fuld fordampning. For at koge en liter vand, der indeholder 60 gram salt, er det i gennemsnit nødvendigt at hæve kogepunktet for vand med 10% (det vil sige med 10 C).

Kogetryksafhængighed

Det er kendt, at i bjergene, uanset den kemiske sammensætning af vand, vil kogepunktet være lavere. Dette skyldes, at det atmosfæriske tryk er lavere i højden. Normaltryk anses for at være 101.325 kPa. Med det er kogepunktet for vand 100 grader Celsius. Men bestiger du et bjerg, hvor trykket i gennemsnit er 40 kPa, så vil vandet koge der ved 75,88 C. Men det betyder ikke, at madlavning i bjergene vil tage næsten halvdelen af ​​tiden. Til varmebehandling af produkter er en vis temperatur nødvendig.

Det menes, at i en højde på 500 meter over havets overflade vil vandet koge ved 98,3 C, og i en højde af 3000 meter vil kogepunktet være 90 C.

Bemærk, at denne lov også virker i den modsatte retning. Hvis en væske anbringes i en lukket kolbe, som damp ikke kan passere igennem, vil trykket i denne kolbe stige, når temperaturen stiger, og der dannes damp, og kogning ved forhøjet tryk vil ske ved højere temperatur. For eksempel, ved et tryk på 490,3 kPa, vil vands kogepunkt være 151 C.

Kogende destilleret vand

Destilleret vand er renset vand uden urenheder. Det bruges ofte til medicinske eller tekniske formål. Da der ikke er nogen urenheder i sådant vand, bruges det ikke til madlavning. Det er interessant at bemærke, at destilleret vand koger hurtigere end almindeligt ferskvand, men kogepunktet forbliver det samme - 100 grader. Dog vil forskellen i kogetiden være minimal – kun en brøkdel af et sekund.

i en tekande

Ofte er folk interesserede i, hvilken temperatur vand koger i en kedel, da det er disse enheder, de bruger til at koge væsker. Under hensyntagen til det faktum, at det atmosfæriske tryk i lejligheden er lig med standarden, og det anvendte vand ikke indeholder salte og andre urenheder, der ikke burde være der, så vil kogepunktet også være standard - 100 grader. Men hvis vandet indeholder salt, så vil kogepunktet, som vi allerede ved, være højere.

Konklusion

Nu ved du, ved hvilken temperatur vand koger, og hvordan atmosfærisk tryk og væskens sammensætning påvirker denne proces. Der er ikke noget kompliceret i dette, og børn modtager sådan information i skolen. Det vigtigste at huske er, at med et fald i trykket falder væskens kogepunkt også, og med dets stigning stiger det også.

På internettet kan du finde mange forskellige tabeller, der angiver afhængigheden af ​​en væskes kogepunkt af atmosfærisk tryk. De er tilgængelige for alle og bruges aktivt af skolebørn, studerende og endda lærere på institutter.

Vand opvarmet til 100°C (212°F) ved havoverfladen begynder at koge. Det betyder, at der dannes vanddampbobler inde i væskevolumenet og stiger op til overfladen. Vand koger, fordi mætningstrykket af vanddamp ved en given temperatur er lidt højere end atmosfærisk tryk.

I højere højder over havets overflade falder det atmosfæriske tryk betydeligt, og vandet koger ved lavere temperaturer. Omvendt, hvis trykket over væsken stiger, som når vandet er under havoverfladen eller i en trykkoger, sker der kogning ved en højere temperatur. Illustrationen under teksten viser kogetemperaturerne i forskellige højder.

Varme- og højdefaktor

Nærgrafen til højre viser sammenhængen mellem mætningsdamptryk og temperatur. Ved høje temperaturer stiger mætningsdamptrykket hurtigt. Vand koger, når mætningsdamptrykket er lidt over atmosfærisk tryk. Det er derfor, når det atmosfæriske tryk falder, falder kogepunktet også. Grafen yderst til højre viser vandets kogepunkts afhængighed af højden. Jo højere højden er, jo lavere er temperaturen, hvorved vandet begynder at koge.

Kinetisk energi

I processen med overgangen af ​​vand til en gasformig tilstand spilles en vigtig rolle af den kinetiske energi (bevægelsesenergi) af molekyler. Når energiniveauet er højt, fordamper mange molekyler og bryder de bindinger, der holder dem i flydende tilstand. Ved lavt tryk (øverste figur under teksten) får molekylerne nok energi til at danne kogende gasbobler uden at tilføre meget varme. Tættere på havoverfladen skal der mere varme til (rød pil i nederste figur under teksten) for at fordampning kan finde sted.

Reduktion af tilberedningstiden

I trykkogere, som den vist på figuren til højre, skabes et konstant overtryk. Ved havoverfladen øger disse forseglede gryder vandets kogepunkt til 121°C (250°F). Et højere kogepunkt betyder, at maden tilberedes hurtigere, hvilket sparer tid.

De langsgående sektioner øverst viser trykkogermekanismerne, der forhindrer for stor trykopbygning. Alle af dem - aflastningsventilen (venstre billede), trykregulatoren (midterste billede) og fælgtætningen (højre billede) - hjælper med at kontrollere trykket ved at udlufte damp til atmosfæren.

Hvis en væske opvarmes, vil den koge ved en bestemt temperatur. Ved kogning dannes der bobler i væsken, som stiger til tops og brister. Boblerne indeholder luft, der indeholder vanddamp. Når boblerne brister, slipper dampen ud, og dermed fordamper væsken hurtigt.

Forskellige stoffer, der er i flydende tilstand, koger ved deres egen karakteristiske temperatur. Desuden afhænger denne temperatur ikke kun af stoffets beskaffenhed, men også af atmosfærisk tryk. Så vand ved normalt atmosfærisk tryk koger ved 100 ° C, og i bjergene, hvor trykket er lavere, koger vand ved en lavere temperatur.

Når en væske koger, øger den yderligere tilførsel af energi (varme) til den ikke dens temperatur, men opretholder blot kogningen. Det vil sige, at der bruges energi på at opretholde kogeprocessen, og ikke på at hæve temperaturen på stoffet. Derfor introduceres et sådant begreb i fysik som specifik fordampningsvarme(L). Det svarer til den varmemængde, der kræves for at koge 1 kg væske helt væk.

Det er klart, at forskellige stoffer har deres egen specifikke fordampningsvarme. Så for vand er det lig med 2,3 10 6 J/kg. For ether, der koger ved 35 °C, L = 0,4 10 6 J/kg. Kviksølv, der koger ved 357 °C, har L = 0,3 10 6 J/kg.

Hvad er kogningsprocessen? Når vandet varmes op, men dets kogepunkt endnu ikke er nået, begynder der at dannes små bobler i det. De dannes normalt i bunden af ​​tanken, da de normalt varmes op under bunden, og der er temperaturen højere.

Bobler er lettere end det omgivende vand og begynder derfor at stige til de øverste lag. Her er temperaturen dog endnu lavere end i bunden. Derfor kondenserer dampen, boblerne bliver mindre og tungere og falder igen ned. Dette sker indtil alt vandet er opvarmet til kogepunktet. På dette tidspunkt høres en støj, der går forud for kogning.

Når kogepunktet er nået, synker boblerne ikke længere ned, men flyder op til overfladen og brister. Der kommer damp ud af dem. På nuværende tidspunkt er det ikke længere støj, der høres, men gurglen fra væsken, som indikerer, at den har kogt.

Således er der under kogning såvel som under fordampning en overgang af væske til damp. I modsætning til fordampning, som kun forekommer på overfladen af ​​en væske, er kogning dog ledsaget af dannelsen af ​​bobler indeholdende damp i hele volumen. Også i modsætning til fordampning, som forekommer ved enhver temperatur, er kogning kun mulig ved en bestemt temperatur, der er karakteristisk for en given væske.

Hvorfor er jo højere atmosfærisk tryk, jo højere er kogepunktet for en væske? Luften presser på vandet, og derfor skabes der tryk inde i vandet. Når der dannes bobler, presser dampen sig også ind i dem, og stærkere end ydre tryk. Jo større tryk udefra er på boblerne, jo stærkere skal det indre tryk være i dem. Derfor dannes de ved en højere temperatur. Det betyder, at vand koger ved en højere temperatur.

Kogende- Dette er en intens overgang af væske til damp, der sker med dannelsen af ​​dampbobler gennem hele væskens volumen ved en bestemt temperatur.

Under kogning ændres temperaturen af ​​væsken og dampen over den ikke. Det forbliver uændret, indtil al væsken koger væk. Det skyldes, at al den energi, der tilføres væsken, bruges på at omdanne den til damp.

Den temperatur, hvor en væske koger, kaldes kogepunkt.

Kogepunktet afhænger af det tryk, der udøves på væskens frie overflade. Dette skyldes afhængigheden af ​​det mættede damptryk af temperaturen. En dampboble vokser, så længe trykket af den mættede damp inde i den lidt overstiger trykket i væsken, som er summen af ​​det ydre tryk og det hydrostatiske tryk i væskesøjlen.

Jo større ydre pres, jo mere kogetemperatur.

Alle ved, at vand koger ved 100 ºC. Men vi bør ikke glemme, at dette kun er sandt ved normalt atmosfærisk tryk (ca. 101 kPa). Med en stigning i trykket stiger vands kogepunkt. Så for eksempel i trykkogere tilberedes maden under et tryk på omkring 200 kPa. Vandets kogepunkt når 120°C. I vand med denne temperatur er tilberedningsprocessen meget hurtigere end i almindeligt kogende vand. Dette forklarer navnet "trykkoger".

Omvendt, ved at reducere det ydre tryk, sænker vi derved kogepunktet. For eksempel i bjergområder (i en højde af 3 km, hvor trykket er 70 kPa), koger vandet ved en temperatur på 90 ° C. Derfor kræver indbyggerne i disse områder, ved at bruge sådant kogende vand, meget mere tid til madlavning end indbyggerne på sletterne. Og at lave mad i dette kogende vand, for eksempel, er et hønseæg generelt umuligt, da proteinet ikke koagulerer ved en temperatur under 100 ° C.

Hver væske har sit eget kogepunkt, som afhænger af mætningsdamptrykket. Jo højere det mættede damptryk er, jo lavere er kogepunktet for den tilsvarende væske, da det mættede damptryk ved lavere temperaturer bliver lig med atmosfærisk tryk. For eksempel ved et kogepunkt på 100 ° C er trykket af mættet vanddamp 101.325 Pa (760 mm Hg), og damptrykket er kun 117 Pa (0,88 mm Hg). Kviksølv koger ved 357°C ved normalt tryk.

Fordampningsvarmen.

Fordampningsvarme (fordampningsvarme)- mængden af ​​varme, der skal rapporteres til stoffet (ved konstant tryk og konstant temperatur) for fuldstændig omdannelse af et flydende stof til damp.

Mængden af ​​varme, der kræves til fordampning (eller frigivet under kondensering). For at beregne mængden af ​​varme Q, nødvendig for omdannelsen til damp af en væske af enhver masse, taget ved kogepunktet, har du brug for den specifikke fordampningsvarme r tankekniv til messen m:

Når damp kondenserer, frigives den samme mængde varme.

Mange husmødre, der forsøger at fremskynde madlavningsprocessen, salter vandet umiddelbart efter, at de har sat gryden på komfuret. De tror fuldt og fast på, at de gør det rigtige, og er klar til at bringe mange argumenter til deres forsvar. Er det virkelig sådan, og hvilket vand koger hurtigere - salt eller frisk? For at gøre dette er det slet ikke nødvendigt at opsætte eksperimenter i laboratoriet, det er nok til at aflive de myter, der har hersket i vores køkkener i årtier ved at bruge fysikkens og kemiens love.

Almindelige myter om kogende vand

Med hensyn til kogende vand kan mennesker betinget opdeles i to kategorier. Førstnævnte er overbevist om, at saltvand koger meget hurtigere, mens sidstnævnte er helt uenige i dette udsagn. Til fordel for, at det tager kortere tid at bringe saltvand i kog, anføres følgende argumenter:

• tætheden af ​​vandet, hvori saltet er opløst, er meget højere, så varmeoverførslen fra brænderen er større;
• under opløsning i vand ødelægges bordsaltets krystalgitter, hvilket er ledsaget af frigivelse af energi. Det vil sige, at hvis der tilsættes salt til koldt vand, bliver væsken automatisk varmere.

De, der tilbageviser hypotesen om, at saltvand koger hurtigere, argumenterer på denne måde: under opløsningen af ​​salt i vand opstår en hydreringsproces.

På molekylært niveau dannes der stærkere bindinger, som kræver mere energi for at bryde. Derfor tager det længere tid for saltvand at koge.

Hvem har ret i denne strid, og er det virkelig så vigtigt at salte vandet helt i starten af ​​madlavningen?

Kogeprocessen: fysik "på fingrene"

For at forstå, hvad der præcist sker med salt og ferskvand, når det opvarmes, skal du forstå, hvad kogningsprocessen er. Uanset om vand er salt eller ej, koger det på samme måde og gennemgår fire trin:

• dannelsen af ​​små bobler på overfladen;
• en stigning i bobler i volumen og deres bundfældning i bunden af ​​beholderen;
• uklart vand forårsaget af den intense bevægelse af luftbobler op og ned;
• selve kogeprocessen, når store bobler stiger op til vandoverfladen og sprænger af støj og frigiver damp - luften der er indeni og varmes op.

Teorien om varmeoverførsel, som tilhængere af saltvand i begyndelsen af ​​madlavningen appellerer til, "virker" i dette tilfælde, men effekten af ​​opvarmning af vand på grund af dets tæthed og varmeafgivelse under ødelæggelsen af ​​krystalgitteret er ubetydelig.

Meget vigtigere er hydreringsprocessen, hvor der dannes stabile molekylære bindinger.

Jo stærkere de er, jo sværere er det for luftboblen at stige til overfladen og synke til bunden af ​​beholderen, det tager længere tid. Som et resultat, hvis salt tilsættes vandet, bremses cirkulationen af ​​luftbobler. Derfor koger saltvand langsommere, da molekylære bindinger holder luftbobler i saltvand lidt længere end i ferskvand.

At salte eller ikke at salte? Det er spørgsmålet

Køkkenstridigheder om, hvilket vand der koger hurtigere, saltet eller usaltet, kan være uendelige. Som følge heraf er der ud fra et praktisk anvendelsessynspunkt ikke den store forskel, om du saltede vandet helt i begyndelsen eller efter, at det kogte. Hvorfor betyder det egentlig ikke noget? For at forstå situationen skal du vende dig til fysikken, som giver omfattende svar på dette tilsyneladende vanskelige spørgsmål.

Alle ved, at ved et standardatmosfærisk tryk på 760 mm Hg koger vand ved 100 grader Celsius. Temperaturparametre kan ændre sig afhængigt af ændringer i luftens tæthed - alle ved, at i bjergene koger vandet ved en lavere temperatur. Derfor, når det kommer til husholdningsaspektet, i dette tilfælde, er en sådan indikator som forbrændingsintensiteten af ​​en gasbrænder eller graden af ​​opvarmning af en elektrisk køkkenoverflade meget vigtigere.

Det er på dette, at processen med varmeoverførsel afhænger, det vil sige opvarmningshastigheden af ​​selve vandet. Og følgelig den tid brugt på det til at koge.

For eksempel ved åben ild, hvis du beslutter dig for at lave aftensmad på bål, vil vandet i gryden koge i løbet af få minutter på grund af det faktum, at træet under forbrændingen afgiver mere varme end gassen i ovnen, og overfladevarmearealet er meget større. Derfor er det slet ikke nødvendigt at tilsætte salt til vandet, så det koger hurtigere - bare tænd maksimalt for brænderen på komfuret.

Kogepunktet for saltvand er nøjagtigt det samme som for ferskvand og destilleret vand. Det vil sige, at det er 100 grader ved normalt atmosfærisk tryk. Men kogehastigheden under lige betingelser (for eksempel hvis den sædvanlige gaskomfurbrænder tages som grundlag) vil variere. Saltvand tager længere tid at koge, fordi det er sværere for luftbobler at bryde de stærkere molekylære bindinger.

Forresten er der forskel i kogetiden mellem hanen og destilleret vand - i det andet tilfælde vil en væske uden urenheder og følgelig uden "tunge" molekylære bindinger opvarmes hurtigere.

Sandt nok er tidsforskellen kun et par sekunder, hvilket ikke gør vejret i køkkenet og praktisk talt ikke påvirker madlavningshastigheden. Derfor bør man ikke være styret af ønsket om at spare tid, men af ​​lovene om madlavning, som foreskriver saltning af hver ret på et bestemt tidspunkt for at bevare og forbedre dens smag.