רותחים: מושג, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הרתיחה היא השינוי של מדינה או שלב נוזלי למצב הגזים. זה מתרחש כאשר נוזל מחומם לנקודת הרתיחה שלו: הטמפרטורה שבה לחץ האדים של הנוזל שווה ללחץ האטמוספרי המופעל על פני הנוזל.

באופן כללי, בהרתחה החום מסופק בחלק התחתון של המיכל המכיל את הנוזל. שם מתחיל היווצרות בועות הגוברות בנפח כאשר הן עולות לכיוון פני הנוזל, מכיוון שהלחץ עליהן יורד עם עלייתם.

כשנוזל רותח, אומרים שהוא הגיע לנקודת הרתיחה שלו. מקור: Pixabay.

כאשר הנוזל המחומם הוא מים, הבועות מכילות אדי מים; כלומר, הם כבר מכילים מים במצב גזי. בנוסף, הבועות מופצות על פני נפח הנוזל. טמפרטורת הרתיחה של מים היא סביב 100 מעלות צלזיוס, בלחץ של 1 אטם (760 מ"מ כספית).

כדי לייצר את שינוי המצב משלב הנוזל לשלב הגזי, יש צורך לספק אנרגיה (אנטלפיה של אידוי). בזמן הרתיחה, הטמפרטורה של המים נשארת קבועה על 100 מעלות צלזיוס, מכיוון שאנרגיה תרמית הולכת לאיבוד כאשר מולקולות מים נוזליים יוצאים כאדי מים.

סוגי הרתיחה

ישנם שני סוגים עיקריים של רתיחה: שטף חום גרעיני וקריטי.

בגרעין רותח נוצרות בועות בנפח קטן במקומות שונים בנפח הנוזל.

היווצרות בועות נצפתה לאחר עליית הטמפרטורה

בינתיים, בזרימת חום קריטית מתרחשת הרתחה כאשר המשטח בו מועבר החום כדי לגרום לרתיחה, מתחמם מעל לערך טמפרטורה קריטי, ויוצר שכבת אדים על פני השטח.

נקודת רתיחה

גורמים שקובעים את נקודת הרתיחה

לחץ אטמוספרי

עלייה בלחץ האטמוספרי מביאה לעלייה בנקודת הרתיחה, מכיוון שיש צורך להעלות את לחץ אדי המים כדי להשוות את הלחץ האטמוספרי. כדי להשיג זאת, יש להעלות את טמפרטורת המים, דבר המחייב הוצאה קלורית גבוהה יותר.

נהפוך הוא, כאשר הלחץ האטמוספרי יורד, כמו שמתרחש בהר בגובה רב מעל פני הים, נקודת הרתיחה יורדת, מכיוון שנדרש לחץ אדי נמוך יותר השווה ללחץ האטמוספרי.

כוחות בין מולקולריים

למולקולות בתמיסה יש כמה סוגים של אינטראקציות, כולל: פיזור או כוחות לונדון, כוחות דיפול-דיפול וקשרי מימן. ככל שעוצמת הכוחות הללו גדולה יותר, נקודת הרתיחה גבוהה יותר.

אנרגיית חום נדרשת כדי לשבור את האינטראקציה בין המולקולות כדי שיוכלו לקבל מספיק אנרגיה לרתיחה. לדוגמא: מתיל אתר (C ₂ H ₆ O) יש נקודת רתיחה של 25 מעלות צלזיוס, ואילו אתיל אתר (C ₄ H ₁₀ O) יש נקודת רתיחה של 78.5 מעלות צלזיוס.

ההבדל בין נקודות הרתיחה, למרות שיש להם מבנים כימיים דומים, מוסבר מכיוון שלאתר אתיל יש מסה מולקולרית גבוהה יותר; שניהם יוצרים קשרי מימן, אך כוחות הפיזור ב- C ₄ H ₁₀ O הם חזקים יותר מאשר ב- C ₂ H ₆ O.

ההבדל בין הרתחה לאידוי

מקור הרתיחה בנוזל ליד מקור החום, ואז מתפשט על נפח הנוזל. זה נראה באיור זה:

בינתיים אידוי הוא תופעה של פני הנוזל.

אידוי מתרחש כאשר למולקולה של הנוזל בממשק האוויר-נוזלי יש מספיק אנרגיה כדי להתגבר על מתח השטח המופעל עליו; כך שהוא בורח מסינוס הנוזל ועובר לשלב הגזי.

אידוי יכול להתרחש בכל טמפרטורה, אך האפשרות להתרחשותו עולה עם הטמפרטורה. בתמונה הבאה תוכלו לראות מים שמתאדים מהאדמה:

דוגמאות להרתיחה

עיקור אדים

זה מתבצע בציוד הנקרא אוטוקלאב, שיש לו יכולת לייצר לחצים גבוהים המופעלים על ידי אדי מים, שאינו מסוגל לברוח. כמו כן, יש עלייה בנקודת הרתיחה של מים, המאפשרת להגיע לטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס.

במערכת החיטוי מעוקרים חומרים לתרבית רקמות, חומרים כירורגיים, חומרים לשימוש במעבדות, מדיה תרבית וכו '. התנאים המשמשים לעיקור בחיטוי הם: 15 קילוגרם של לחץ, טמפרטורה של 121 מעלות צלזיוס ומשך של 15 דקות.

לבשל אוכל

מזון מחומם על ידי הצבתו במים. במהלך הבישול משתמשים בטמפרטורות השוות לנקודת הרתיחה של מים (100 מעלות צלזיוס). המזון מחומם, בזמן שהניסיון מציין, להגיע לתנאים האופטימליים לבליעה.

אוכל סיני משתמש במינימום רתיחה ואידוי כדי לשמור על צבעו, מרקמו וטעמו של האוכל. סוג הבישול הידוע כ- simmer משתמש בטמפרטורות מתחת לנקודת הרתיחה. בישול אוכל משמש גם באמצעות אדים.

סיר לחץ

סיר הלחץ משמש לבישול אוכל. פעולתו מבוססת על יכולתה להגביל את בריחת אדי המים המופקים לאטמוספרה, מה שמייצר עלייה בלחץ הפנימי.

עליית הלחץ המופעלת על פני הנוזל בסיר מתורגמת לעלייה בנקודת הרתיחה והגעה לטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס. זה מקטין את זמן הבישול ולכן חוסך בשימוש בדלק.

פיזור חום

מים רותחים על משטחים הידרופיליים לקירור כורים גרעיניים ומכשירים אלקטרוניים בעלי עוצמה גבוהה, ובכך מונעים מהם להתחמם יתר על המידה. כדי להגיע לנקודת הרתיחה והרתיחה, על המים לקחת חום מסביבתה וזה מייצר ירידה בטמפרטורה שלהם.

קביעת המסה הטוחנית של המומסים

הגדלת נקודת הרתיחה של מים היא תכונה קולטיבית; ולכן תלוי בריכוז המומס המומס. בידיעה זאת ניתן לאמוד את המסה הטוחנית של המומס. עם זאת, ישנן שיטות מדויקות יותר, כמו ספקטרומטריה המונית, שהיא עדיין שיטה שימושית.

תעשיית הסוכר

בזיקוק סוכר קנים לייצור סוכר גבישי, מיץ הקנים מבושל והטמפרטורה אליו הוא מגיע תלוי בריכוז הסוכר בו.

העלאת נקודת הרתיחה של מיץ קנים היא מדד לריכוז הסוכר בתמיסה. זהו מידע חשוב להשגת התגבשות הסוכר.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (26 בספטמבר 2019). הגדרה רותחת בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
3. ויקיפדיה. (2019). נקודת רתיחה. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. Breslyn W. & Wyler C. (29 בספטמבר 2019). רְתִיחָה. התאושש מ: chem.libretexts.org
5. רְתִיחָה. התאושש מ: chem.purdue.edu
6. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (19 במאי 2015). רְתִיחָה. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
7. פרופ 'סופיה גוטיירז דה גמובה. (2008). עיקור על ידי חום אנושי. . התאושש מ: ucv.ve
8. אוניברסיטת פרדו. (30 באפריל 2018). משטחים דוחים מים יכולים להרתיח מים ביעילות, לשמור על קור רוח של האלקטרוניקה. ScienceDaily. התאושש מ: sciencedaily.com
9. ברנן, ג'ון. (2019). שימושים בגובה נקודת הרתיחה. sciencing.com. התאושש מ: sciencing.com