Wrzenie

Gdy woda gotuje się w kociołku to nie ma wątpliwości, że mamy tu znowu do czynienia z parowaniem cieczy, ale trochę innym niż w tych przykładach, które rozważaliśmy w poprzednich wpisach.

Chcąc bliżej poznać ten rodzaj parowania, to pokrewne zjawisko najlepiej zrobimy, jeżeli będziemy się starali bliżej je zbadać w odpowiednim doświadczeniu, a więc przyglądając się uważnie jak ono od początku do końca zachodzi.

Wrzenie wody

Bierzemy kolbę o pojemności około 500 cm.3 i wypełniwszy ją do połowy wodą o temperaturze pokojowej, osadzamy w szyjce korek z 2-ma termometrami (do 100 stopni). Na bocznej powierzchni korka powinny być wycięte rowki, żeby para powstająca przy wrzeniu mogła się z kolby wydostać na zewnątrz i nie groziła tej ostatniej rozsadzeniem. Jeden z termometrów powinien być włożony do korka w ten sposób, żeby koniec jego dolny (banieczka z rtęcią) nie zanurzał się do wody, lecz był od niej na odległości mniej więcej 2 – 3 cm.; banieczkę drugiego zanurzamy w samej cieczy, ale nie głęboko. Tak przygotowawszy przyrząd, ustawiamy go na siatce żelaznej, położonej na trójnogu, i zaczynamy ogrzewać lampką spirytusową, lub jakim innym palnikiem.

Co jakiś czas dobrze jest obcierać z kolbki tworzącą się na niej rosę (której powstawanie wytłumaczymy sobie później przy doświadczeniach chemicznych) dla zapobieżenia pęknięciu.

Po jakimś czasie ogrzewania zauważymy powstające przy ściankach kolbki drobne pęcherzyki gazu, które, odrywając się od tych ścianek, unoszą się w wodzie ku górze, ku jej swobodnej powierzchni, gdzie, pękając, mieszają się z powietrzem, wypełniającym górną połowę naczynia.

Te pęcherzyki – to powietrze, które w zimniejszej wodzie było niewidzialne, bo rozpuszczone, (tak jak np. rozpuszczona sól lub cukier), a w wodzie ogrzanej przestaje już tworzyć z nią roztwór, wydzielając się jako gaz.

Gazy wobec cieczy zachowują się wprost przeciwnie, niż ciała stałe (sól, cukier), mianowicie rozpuszczają się bardziej w cieczach zimnych, niż w gorących.

Wydzielanie się pęcherzyków powietrza z wody może sprawić wrażenie wrzenia, lecz że to jeszcze nie wrzenie, poucza nas termometr, którego temperatura chociaż stale się podnosi, jest jednak daleka od 100 stopni, tj. od temperatury wrzenia wody. Obserwujmy dalej!

Temperatura wzrasta. Pęcherzyki wydzielają się teraz w większej obfitości, lecz nie są to już bańki powietrza, a pary. Początkowo przy unoszeniu się znikają: para ich skrapla się, bo woda nie jest dostatecznie gorąca. Ale oto już dolatują do górnej powierzchni pękając przy niej. A ponieważ ilość ich jest coraz większa, więc ten ciągły ruch ich do góry wytwarza falowanie cieczy i pewien charakterystyczny szum. Spójrzmy na termometry! Wskazują 100 stopni (lub bardzo bliską do tej temperatury). Temperatury cieczy wrzącej i pary, która z niej powstaje, są te same.

To już prawdziwe wrzenie. Para obficie przedostaje się przez boczne szczeliny korka, skraplając się w powietrzu i tworząc mgłę, którą doskonale widzimy. Dlaczego jednak takiej mgły nie widzimy wewnątrz samej kolby? Bo właśnie wewnątrz kolby mamy prawdziwą parę (gaz niewidoczny), a na zewnątrz kolby nad korkiem, wytwarza się już pył wodny, czyli drobniutkie kropelki cieczy, które tworzą jakby obłoczek. Skroplenie pary zostało wywołane oziębieniem jej w powietrzu.

Ale zwróćmy jeszcze uwagę na termometry. Przed wystąpieniem wrzenia temperatura stale się podnosiła; teraz, jak widzimy, pomimo stałego dopływu ciepła z palnika pozostaje niezmienną. Ciepło więc teraz nie zużywa się na podnoszenie temperatury ani cieczy, ani pary, a w takim razie do czego służy? Tylko do wytwarzania coraz to nowych ilości pary, wychodzącej z kolby. Para zaś jest gazem, jak wiemy.

Wobec tego jesteśmy tu świadkami zmiany jednego stanu skupienia na drugi (cieczy na gaz), odbywającej się w stałej temperaturze, zwanej temperaturą wrzenia. Coś podobnego już mieliśmy. Było to przy topnieniu; ciało ze stanu stałego przechodziło w płynny, i również w temperaturze niezmiennej (temper, topnienia). Ciepło, potrzebne dla takiej przemiany, tam nazywaliśmy ciepłem topnienia, a tu ciepło, zużywane dla zamiany cieczy na gaz, nazywamy ciepłem wrzenia lub parowania cieczy. O jego wielkości pomówimy wkrótce szczegółowiej. Ciepło to bierze na się pracę rozluźnienia cząstek cieczy aż do stanu tak rozrzedzonego, jakim jest gaz (para) w porównaniu z cieczą.

Wrzenie spirytusu

Teraz zróbmy jeszcze doświadczenie podobne, ale ze spirytusem (np. skażonym).

Ponieważ spirytus należy do ciał łatwo palnych, więc nie będziemy go ogrzewali bezpośrednio na siatce i płomieniu, lecz przy pomocy wody gorącej.

Posługując się kolbką z korkiem i termometrem, bierzemy jeszcze do pomocy większe naczynie z wodą. W tej wodzie przy pomocy statywy umieszczamy kolbkę ze spirytusem i wodę ogrzewamy na płomieniu.

Podczas ogrzewania zauważymy w spirytusie podobne zmiany, jak to było w przypadku wody, z tą jednak różnicą, że wrzenie spirytusu będzie się odbywało w temperaturze znacznie niższej, niż to miało miejsce dla wody, mianowicie w 78 stopniach,

Biorąc liczne inne płyny w stanie czystym, i robiąc podobne doświadczenia, łatwo byśmy się przekonali, że każdy z nich wrze w pewnej temperaturze, która nazywa się jego temperaturą wrzenia.