Пояснення, чому конденсація екзотермічна

Зміст

• Ентальпія та зміни фаз
• Де водяна пара зберігає свою енергію?
• Скільки енергії втрачає водяна пара?
• Нуклеація

Екзотермічна реакція виділяє теплову енергію. Конденсація - це процес, при якому водяна пара перетворюється на рідку воду. Зазвичай це відбувається, коли молекули водяної пари контактують з більш охолодними молекулами. Це призводить до того, що молекули водяної пари втрачають частину енергії як тепло. Як тільки втрачається достатня кількість енергії, водяна пара змінює стан на рідкий.

Ентальпія та зміни фаз

Ентальпія описує зміну енергії системи. Що стосується води, то "система" - це сама вода. При постійному тиску ентальпія відноситься до змін тепла. Екзотермічні процеси пов'язані з негативною зміною ентальпії або втратою тепла. Коли водяна пара конденсується в рідину, вона втрачає енергію у вигляді тепла. Тому цей процес є екзотермічним.

Де водяна пара зберігає свою енергію?

Енергія існує у складі кількох способів. Молекули можуть мати різну кількість і види кінетичної енергії. Вібраційна та обертальна кінетична енергія проявляється, коли молекули згинаються та обертаються. Поступальна кінетична енергія - це сила, яка рухає цілу молекулу. У рідинах і твердих речовинах молекули можуть також взаємодіяти між собою, утворюючи міжмолекулярні зв’язки. У газі сила цих міжмолекулярних зв’язків приймається рівною нулю. Енергія водяної пари є поступальною кінетичною енергією, і вона залежить від температури. У міру зниження температури кінетична енергія розсіюється в теплі. Зрештою, міжмолекулярні зв’язки є досить сильними, щоб змінити стан водяної пари на рідкий.

Скільки енергії втрачає водяна пара?

Коли речовина перетворюється з рідкої в газову, їй потрібна енергія, рівна ентальпії випаровування. Для того щоб змінити цей процес, система виділить стільки енергії. Ентальпія випаровування води становить приблизно 44 кілоджули на моль при 25 градусах Цельсія. Це означає, що на кожен моль води потрібно 44 кілоджули, щоб перетворитись на пари при 25 градусах Цельсія. Це також кількість енергії, яку буде виділяти вода, коли вона конденсується при цій температурі.

Нуклеація

Для водяної пари потрібен фізичний майданчик для конденсації. Окремі молекули водяної пари не конденсуються без досить великих частинок, до яких вони можуть приєднатися. Для того, щоб забезпечити місце для конденсації, повітря повинно бути насичене водяною парою і в ньому повинні бути більші частинки. Ці більші частинки можуть бути мінералами або досить великими крапельками. Як тільки молекула водяної пари контактує з більшою молекулою, яка служить місцем зародження, вона може виділяти тепло і конденсуватися в рідку воду.