Как известно, при достаточном нагреве, вода превращается в пар. Однако парообразование – процесс фазового перехода в газовую форму из жидкого состояния – свойственен не только воде. Любое вещество при соответствующих условиях может превратиться в пар. И один из самых интересных примеров этому – спирт.

Что такое испарение спирта

Испарение или парообразования спирта, как и в случае с любой другой жидкостью, это процесс фазового перехода между двумя агрегатными состояниями вещества: жидким и газообразным.
Так как спирт во многом похож на воду, в его случае этот процесс значительно быстрее. Но при этом у него есть и ряд отличий. Главные характеристики спирта – сравнительно низкие значения и плотности, и удельной теплоты парообразования. Из-за них он и испаряется намного быстрее в куда более «обычных» условиях.

Именно из-за небольшой удельной теплоты спирты любого рода считаются летучими веществами. Так называют химические вещества, которые даже в нормальных условиях окружающей среды испаряются и создают достаточно давление пара, чтобы попадать в атмосферу в значительных объемах. Кроме спирта, к ним также относят, например, эфиры.

Также для этого парообразования характерно наличие диффузии с воздухом. Это процесс смешивания частиц спирта с частицами атмосферных газов. В случае со спиртом он происходит довольно быстро.

Все дело в том, что для преодоления поверхностного натяжения основного объема жидкости молекулам спиртам достаточно сравнительно небольшого количества энергии. Из-за этого они, выйдя за границу вещества, сохраняют достаточно энергии, а довольно малая молекулярная масса еще больше ускоряет процесс смешивания с другой газовой средой.

Физика или химия?

Физическими явлениями называют те, в которых тела меняют свою форму, физические показатели, но остаются неизменными в отношении элементов, из которых они состоят. Химическими же называются процессы, при которых изменяется непосредственный состав тел, хотя они и могут сопровождаться физическими явлениями.

Парообразование из спирта, соответственно, представляет собой сугубо физическое явление. Оно происходит без изменения химического состава вещества, меняется только его агрегатное состояние. То есть молекулы по структуре остаются такими же, как и прежде, но связи между ними ослабевают, позволяя принять форму газа.

Большее того, для парообразования спирта не требуются особые условия, а потому нет и сопровождающих его химических реакций. Например, удельная теплота довольно низкая, и доводить вещество до кипения или смешивать с другими веществами в качестве реагентов нет необходимости.

Температура парообразования спирта

Спирт начинает испаряться уже при 0,5 градусов выше нуля по Цельсию. А при температуре в +1 градус начинается появление летучих паров спирта. Этот порог для испарения очень низкий, и из-за него спирт может испаряться даже в условиях комнатной температуры без какого-либо дополнительного нагрева.

Но также надо учитывать ряд других факторов. Температура парообразования для спирта может изменяться, если иметь дело не с чистым веществом. В случае, если это смесь, нужно учитывать молярную долю в составе основного вещества. Чем она меньше, тем труднее спирту будет испаряться. Соответственно, чем чище раствор, тем быстрее он испарится.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
У самих паров тоже есть своя температура. Она может быть разной, в зависимости от того, какого рода получился пар и в каких условиях.

Например, если этот пар – насыщенный и был получен в результате кипения, то его температура будет аналогична жидкости, из которой он образовался. Так как спирт кипит при температуре в 78 градусов выше нуля, то и у жидкости, и у пара над ней будет именно такая температура.

Если же пар был образован посредством испарения из открытой емкости, то он будет обладать несколько другими свойствами и будет ненасыщенным. Его температура будет значительно ниже как паров от кипения, так и самой жидкости, от которой он образован.

Все дело в том, что в таких условиях частицы пара отдают некоторое количество энергии, чтобы оторваться от поверхности вещества и дополнительно теряют ее при взаимодействии с молекулами окружающей атмосферы.

Скорость и время испарения

Скорость и время испарения спирта зависит от его концентрации. Основой скорости испарения является параметр плотности вещества.

Спиртовые составы имеют низкую плотность, молекулы таких элементов менее притянуты друг к другу, а значит затрачивают меньше кинетической энергии для выхода за пределы поверхности своей жидкости.

Для определения скорости испарения берется эталон температуры 20 градусов, при этом, общая площадь поверхности жидкости составляет 0,3 см2, при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. При таких характеристиках внешней среды, время на испарения затрачивается 4 часа.

Скорость и время испарения зависят от:

  • От температуры жидкости. С повышением увеличивается скорость движения молекул и кинетическая энергия выхода с поверхности.

  • Атмосферного давления. Чем оно больше, тем скорость ниже.

  • Плотность и концентрация вещества. Скорость испарения разбавленных в воде спиртов повышается пропорционально повышению количества спирта в составе.

При определении скорости также учитывается площадь поверхностного зеркала в условии открытого сосуда и постоянной смены среды (ветер).

Формула и алгоритм расчета

При расчете парообразования спиртовых веществ и составов используется коэффициент испарения.

Данный параметр рассчитывается по формуле: Ki = A/B.

Выражение состоит из:

  • «Ki» — коэффициент испарения.
  • «A» — масса растворенного в паре вещества.
  • «B» — масса оставшегося вещества в составе раствора.

Дополнением к данному выражению может являться количество основного раствора на массу спирта и температура подводимого тепла.

Удельная теплота парообразования спирта

Основной единицей измерения процесса парообразования спирта является удельная теплота.

Что это такое и в чем измеряется

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Удельной теплотой парообразования спирта является количество теплоты, требуемое для смены агрегатного состояния вещества массой 1 кг. Агрегатное состояние меняется с жидкого на газообразное и, при конденсации, с газообразного в жидкое.

Единицей измерения удельной теплоты является Дж/кг – джоуль на килограмм массы.

Как рассчитать удельную теплоту испарения

Удельная теплота испарения спиртовых составов рассчитывается по формуле: L = Q/m.

Выражение состоит из:

  1. «L» — теплота испарения спирта кДж/кг.
  2. «Q» — количество теплоты, требуемой для испарения кДж.
  3. «m» — общая доля вещества.

Формула может дополняться значением температуры, которая была направленна на подвод тепла к составу.

Рассмотрим на примере двух задач, которые помогут понять, как пользоваться этой формулой.

Задача:

  • Масса спирта 200 г (0,2 кг).
  • Температура кипения 78 градусов.
  • Начальная температура раствора 18 градусов.
  • Удельная теплота парообразования 0,9 мДж.
  • Количество затрачиваемой энергии неизвестно.

Решение:

2500 кДж*0,2(78-18) = 30000 Дж количество теплоты при нагреве с разницей 60 градусов.
Q=L*m=0.9*106*0,2 = 180000 Дж – количество теплоты для парообразования при температуре 78 градусов.
180000+30000=210000 Дж или 210 кДж.

Ответ: для полного испарения 200 г спирта требуется энергия, равная 210 кДж.

Задача:

  • Масса спирта 100 г или 0,1 кг.
  • Температура испарения 78 градусов.
  • Количество затрачиваемой энергии неизвестно.

Решение:

Q=L*m=0,9*106*0,1= 900000*0,1= 90000 Джоулей или 90 кДж.

Ответ: для испарения 100 г спирта при температуре 78 градусов требуется 90 кДж тепловой энергии.

Удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования спирта равняется 0,9 Мдж/кг. Но что это означает?

Такой показатель указывает, что именно этого количества тепловой энергии требуется для начала перехода спирта, массой 1 кг из жидкого состояния в газообразное.

Свойства и параметры паров спирта

Спирты имеют следующие свойства и характеристики:

  • Высокая воспламеняемость.
  • Высокая летучесть.
  • Температура парообразования от -131 до 104 градусов (может быть выше, зависит от химического состава).

  • Температура кипения при атмосферном давлении от 0,5 градусов.
  • Также практически все виды спиртов являются ядовитыми и имеют способность к растворению.

Конденсация

Конденсация паров спирта происходит при значительном уменьшении или увеличении давления (зависит от метода конденсации в лабораторных условиях).

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
В обычных условиях конденсация возникает в закрытом сосуде при достижении термодинамического равновесия между температурой пара и исходной жидкостью.

Добиться конденсации можно и при условии снижения температуры пара. Например, при перегоне пара через охлажденную емкость или трубу.

Интересное видео по теме:

Частые вопросы

Пары спирта опьяняют?

Нет, сами по себе пары спирта не опьяняют, так как для оказания эффекта потребуется значительная их концентрация.

Пары спирта вредны для здоровья?

Да, пары спирта в достаточной концентрации могут нанести вред здоровью. Они раздражают слизистую глаз и дыхательных путей, а также могут повредить нервной системе. Более того, они попадают сразу в кровь, минуя желудок и кишечник, а потому контролировать дозировку и вывести спирт из организма намного сложнее. Они могут навредить и другим органам.

Что делать, если вдохнул пары спирта?

Если вы вдохнули этиловые пары случайно или в небольшом количестве, и не чувствуете никаких странных симптомов, медицинская помощь не нужна. В случае появления таких признаков, как жжение, тошнота, слабость, головокружение, то может потребоваться вызвать скорую помощь. При восстановлении рекомендуются свежий воздух и обильное питье воды. Если же вы вдохнули пары другого спирта, например, метилового, обращайтесь к врачу немедленно.

Пары спирта взрывоопасны?

Да, если концентрация соответствует, то пары спирта взрывоопасны, особенно в смешении с воздухом. Уже от 3% концентрации спирта в воздухе образуется взрывоопасная смесь. Сама воспламеняется она лишь при температуре в 404 градуса по Цельсию, но температура искры для воспламенения может быть значительно ниже, вплоть до 15 градусов.

Употребляют ли пары спирта в качестве алкоголя?

К сожалению, да. Некоторые люди игнорируют опасность, которую несет подобное увлечение, и специально выпаривают спирт, чтобы проводить алкогольные ингаляции. Это вызывает куда более сильный опьяняющий эффект, но также и наносит еще больший вред здоровью.

Заключение

Спирты, что этиловый, что метиловый, что другие – довольно сложные химические вещества. У каждой разновидности свои значения в каждом из множества физико-химических показателей: состав, плотность, растворимость в воде и так далее. Данная статья рассматривала лишь бытовую группу спиртом с усредненными характеристиками, чтобы дать общее представление о том, что из себя представляют пары спирта.

Все равно, имея дело с ними, важно сохранять меры предосторожности. И помогут в этом не только техники пожарной и химической безопасности, но и знание свойств вещества для лучшего контроля над его парообразованием.