Vrelište je temperatura na kojoj istodobno u cijelom obujmu (volumenu) tvar prelazi iz tekućega u plinovito agregatno stanje, to jest najviša temperatura na koju se pri određenom tlaku može zagrijati tekućina. S povećanjem tlaka vrelište se povećava, a sa smanjenjem smanjuje; obično se navodi vrijednost pri normiranom atmosferskom tlaku (101 325 Pa). Vrelište je karakteristično svojstvo tvari.[1]
Da bi neka tekuća tvar dosegnula temperaturu vrelišta tlak njenih para mora se izjednačiti s atmosferskim tlakom.
Isparavanje
Isparavanje je prijelaz tvari iz tekućeg u plinovito agregatno stanje. Prema kinetičko-molekularnoj teoriji topline, tekućina isparuje kada njezine molekule zagrijavanjem poprime dovoljno energije da nadvladaju kohezijske sile unutar tekućine i tlak nad njezinom površinom. Razlikuje se isparavanje vrenjem i hlapljenjem. Tekućina isparuje vrenjem kada se tlak pare u tekućini izjednači s ukupnim tlakom nad tekućinom. Temperatura pri kojoj tekućina vrije naziva se vrelištem. Povećavanjem tlaka nad tekućinom vrelište raste, a smanjenjem tlaka opada. Tekućina isparuje hlapljenjem kada je tlak pare u tekućini veći od parcijalnoga tlaka te pare nad tekućinom, a manji od ukupnoga tlaka nad tekućinom; tekućina, dakle, hlapi pri temperaturi nižoj od vrelišta.
Jedna je od najstarijih primjena isparavanja dobivanje soli iz morske vode. U procesnoj se tehnici pod isparavanjem razumije tehnološka operacija kojom se u isparivaču dio otapala vrenjem prevodi u plinovito (parovito) stanje kako bi se povećala koncentracija otopine (uparavanje), na primjer pri proizvodnji šećera, različitih soli, umjetnih gnojiva i drugog. Otopina se zagrijava u dijelu isparivača koji se naziva ogrjevnom komorom, a para otapala, koja se naziva supara, izlazi iz otopine u parni prostor isparivača. Danas se uglavnom rabe cijevni isparivači, u kojima otopina prirodno ili prisilno cirkulira kroz vruće cijevi i isparuje se uz vrenje ili se isparuje u tankom sloju na stijenkama cijevi. Isparivači se najčešće zagrijavaju svježom vodenom parom (jednostruko iskorištavanje topline uz stalan tlak) ili, ako su isparivači međusobno povezani u niz, suparom iz prethodnog isparivača. Tako se toplina višestruko iskorištava, jer se supara iz prvog isparivača upotrebljava za zagrijavanje drugog i tako dalje, ali je to moguće ako je u svakom idućem isparivaču tlak niži od prethodnoga, pa je i vrelište otopine sve niže, ili ako se termokompresijom stalno povećava temperatura supare. Utrošak topline za zagrijavanje otopine može se smanjiti i ako se sirovina predgrijava već zagrijanim produktom koji izlazi iz isparivača. Osim za opisano uparavanje, kojemu je cilj dobivanje otopine veće koncentracije, isparavanje se primjenjuje i radi dobivanja čistog otapala (na primjer pitke vode pri odsoljavanju vode ili desalinizaciji morske vode) te kao proces kojim se postiže učinak hlađenja u rashladnim strojevima.[2]
Vrenje
Podrobniji članak o temi: Vrenje (fizika)Vrenje ili ključanje, u fizici, je fazni prijelaz iz tekućega u plinovito agregatno stanje koji se zbiva istodobno u cijelom obujmu ili volumenu tekućine na temperaturi vrelišta, pri tlaku pare u tekućini koji je jednak vanjskom tlaku. Prijelazu je svojstvena pojava mjehurića plina u tekućini.[3]
Hlapljenje
Podrobniji članak o temi: HlapljenjeHlapljenje je prelaženje tvari iz tekućega u plinovito agregatno stanje bez vrenja, na temperaturi nižoj od vrelišta. Iako na temperaturi nižoj od vrelišta prosječna kinetička energija molekula tekućine nije dovoljna za napuštanje tekućine, neke, najbrže, molekule imaju dovoljnu kinetičku energiju da se mogu odvojiti od površine tekućine i nastaviti se gibati slobodno. Hlapljenjem se prosječna kinetička energija molekula u tekućini smanjuje i temperatura tekućine opada. Brzina hlapljenja veća je što je viša temperatura tekućine i niži tlak izvan tekućine.[4]
Ovisnost vrelišta o tlaku
Vrelište nije isto kod svakog tlaka. Povišenje tlaka povećava, a smanjenje tlaka snizuje temperaturu vrelišta. Kod normalnog atmosferskog tlaka voda vrije kod 100 °C. Međutim, ako je tlak veći, voda će vrijeti kod temperature iznad 100 °C, ako je tlak manji, voda će vrijeti ispod 100 °C. Povišenje vrelišta zbog povećanja tlaka može se mjeriti pomoću Papinova lonca. To je zatvorena posuda u kojoj se voda zagrijavanjem pretvara u vodenu paru. Na poklopcu se nalazi manometar (tlakomjer) i termometar, kojim mjerimo tlak i temperaturu u loncu. Nastala para ne može izaći, i zato se u posudi povisuje tlak. Posuda ima sigurnosni ventil. On ispušta paru kad tlak prijeđe određenu vrijednost. Mjerenja su pokazala da kod tlaka od 2 bara voda vrije kod 119 °C, a kod tlaka od 4 bara kod 142,9 °C. Kod kuhanja nije važno da voda vrije, već je potrebna visoka temperatura. Da se hrana brže pripremi, mora se lonac u kojem se hrana kuha pokriti teškim poklopcem, a u većim kuhinjama upotrebljava se Papinov lonac. Taj se lonac upotrebljava i za kuhanje na visokim planinama gdje voda vrije ispod 100 °C.[5]
Ovisnost vrelišta otopina
- Otopina dviju tvari A i B koje su relativno jednako hlapljive ima točku vrelišta koja u idealnom slučaju ovisi o udjelima obiju tvari u otopini i nalazi se između vrelišta tvari A i vrelišta tvari B. Zbog međumolekulskih sila pojava je često složenija i nepravilna te se naziva azeotropija. Vidi:
Podrobniji članak o temi: Azeotropija - Otopina krute tvari u otapalu, kad kruta tvar praktično nije hlapljiva, ima točku vrelišta koja je viša od vrelišta čistog otapala. Ta pojava povišenja vrelišta koristi se u metodi ebulioskopije i predstavlja jedno od koligativnih svojstava otopina.[6] Vidi: Podrobniji članak o temi: Koligativna svojstva
Vrelište nekih materijala
| Tvar | Vrelište / °C |
|---|---|
| Volfram | 5 930 |
| Cink | 907 |
| Sumpor | 444,6 |
| Živa | 356,73 |
| Voda | 100 |
| Etanol | 78,37 |
| Metanol | 64,7 |
| Amonijak | −33,34 |
| Kisik | −182,962 |
| Dušik | −195,795 |
| Helij | −268,928 |
Izvori
- ↑ vrelište, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
- ↑ isparavanje, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
- ↑ vrenje, [3] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
- ↑ hlapljenje, [4] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
- ↑ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
- ↑ P. W. Atkins, M. J. Clugston: Načela fizikalne kemije, Školska knjiga, 4.izd, Zagreb, 1996., ISBN 953-0-30908-2, str. 93-103