Kiehuminen on prosessi, jossa muutetaan aineen aggregoitua tilaa. Kun puhumme vedestä, tarkoitamme muuttumista nesteestä höyryksi. On tärkeää huomata, että kiehuminen ei ole haihtumista, mikä voi tapahtua jopa huoneenlämpötilassa. Älä myöskään sekoita keittämiseen, joka on prosessi, jossa vesi lämmitetään tiettyyn lämpötilaan. Nyt kun ymmärrämme käsitteet, voimme määrittää, missä lämpötilassa vesi kiehuu.
Prosessi
Aggregaatiotilan muuttaminen nestemäisestä kaasumaiseksi on monimutkainen. Ja vaikka ihmiset eivät näe sitä, on 4 vaihetta:
- Ensimmäisessä vaiheessa lämmitetyn astian pohjalle muodostuu pieniä kuplia. Ne näkyvät myös sivuilla tai veden pinnalla. Ne muodostuvat ilmakuplien laajenemisen vuoksi,joita löytyy aina säiliön halkeamista, joissa vesi lämmitetään.
- Toisessa vaiheessa kuplien tilavuus kasvaa. Kaikki ne alkavat kiirehtiä pintaan, koska niiden sisällä on kylläistä höyryä, joka on vettä kevyempää. Lämmityslämpötilan noustessa kuplien paine kasvaa ja ne työntyvät pintaan tunnetun Arkhimedes-voiman vaikutuksesta. Tunnusomainen kupliva ääni voidaan kuulla, kun kuplat laajenevat ja kutistuvat jatkuvasti.
- Kolmannessa vaiheessa pinnalla voidaan nähdä suuri määrä kuplia. Tämä aiheuttaa aluksi sameutta veteen. Tätä prosessia kutsutaan yleisesti "valkoisen avaimen keittämiseksi", ja se kestää lyhyen ajan.
- Neljännessä vaiheessa vesi kiehuu voimakkaasti, pinnalle ilmestyy suuria puhkeavia kuplia, roiskeet ovat mahdollisia. Useimmiten roiskeet tarkoittavat, että neste on saavuttanut maksimilämpötilansa. Höyryä alkaa tulla vedestä.
Tiedetään, että vesi kiehuu 100 asteen lämpötilassa, mikä on mahdollista vasta neljännessä vaiheessa.
Höyryn lämpötila
Höyry on yksi veden tiloista. Kun se joutuu ilmaan, se, kuten muutkin kaasut, kohdistaa siihen tietyn paineen. Höyrystymisen aikana höyryn ja veden lämpötila pysyy vakiona, kunnes koko neste muuttaa aggregaatiotilaansa. Tämä ilmiö selittyy sillä, että keitettäessä kaikki energia kuluu veden muuntamiseen höyryksi.
Hyvin kiehumisen alussa kosteakylläinen höyry, joka kuivuu kaiken nesteen haihtumisen jälkeen. Jos sen lämpötila alkaa ylittää veden lämpötilan, tällainen höyry tulistuu, ja se on ominaisuuksiltaan lähempänä kaasua.
Kiehuva suolavesi
On mielenkiintoista tietää, missä lämpötilassa runsaasti suolaa sisältävä vesi kiehuu. Tiedetään, että sen pitäisi olla suurempi johtuen koostumuksessa olevien Na+- ja Cl-ionien pitoisuudesta, jotka vievät vesimolekyylien välisen alueen. Tämä suolaveden kemiallinen koostumus eroaa tavallisesta tuoreesta nesteestä.
Tosiasia on, että suolavedessä tapahtuu hydraatioreaktio - prosessi, jossa vesimolekyylit kiinnittyvät suola-ioneihin. Makean veden molekyylien välinen sidos on heikompi kuin hydraation aikana muodostuneiden, joten nesteen kiehuminen liuenneen suolan kanssa kestää kauemmin. Lämpötilan noustessa suolapitoisen veden molekyylit liikkuvat nopeammin, mutta niitä on vähemmän, minkä vuoksi törmäyksiä niiden välillä tapahtuu harvemmin. Tämän seurauksena höyryä muodostuu vähemmän ja sen paine on siten alhaisempi kuin makean veden höyryn paine. Siksi täyteen höyrystymiseen tarvitaan enemmän energiaa (lämpötilaa). Keskimäärin yhden litran 60 grammaa suolaa sisältävää vettä keittämiseen on tarpeen nostaa veden kiehumispistettä 10 % (eli 10 C).
Keehumisen riippuvuudet paineesta
Vuoristossa tiedetään, että veden kemiallisesta koostumuksesta riippumatta kiehumispiste on alhaisempi. Tämä johtuu siitä, että ilmanpaine korkeudessaalla. Normaalipaineen katsotaan olevan 101,325 kPa. Sen avulla veden kiehumispiste on 100 celsiusastetta. Mutta jos kiipeät vuorelle, jossa paine on keskimäärin 40 kPa, niin vesi kiehuu siellä 75,88 C. Mutta tämä ei tarkoita, että vuoristossa ruoanlaitto vie lähes puolet ajasta. Tuotteiden lämpökäsittelyyn tarvitaan tietty lämpötila.
Uskotaan, että 500 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella vesi kiehuu 98,3 C:ssa ja 3000 metrin korkeudessa kiehumispiste on 90 C.
Huomaa, että tämä laki toimii myös päinvastaiseen suuntaan. Jos neste laitetaan suljettuun pulloon, jonka läpi höyry ei pääse kulkemaan, lämpötilan noustessa ja höyryn muodostuessa paine tässä pullossa kasvaa ja kiehuminen korotetussa paineessa tapahtuu korkeammassa lämpötilassa. Esimerkiksi 490,3 kPa:n paineessa veden kiehumispiste on 151 C.
Kiehuva tislattu vesi
Tislattu vesi on puhdistettua vettä ilman epäpuhtauksia. Sitä käytetään usein lääketieteellisiin tai teknisiin tarkoituksiin. Koska tällaisessa vedessä ei ole epäpuhtauksia, sitä ei käytetä ruoanlaittoon. On mielenkiintoista huomata, että tislattu vesi kiehuu nopeammin kuin tavallinen makea vesi, mutta kiehumispiste pysyy samana - 100 astetta. Ero kiehumisajassa on kuitenkin minimaalinen - vain sekunnin murto-osa.
Teekannussa
Usein ihmiset ihmettelevätmissä lämpötilassa vesi kiehuu kattilassa, koska juuri näitä laitteita käytetään nesteen keittämiseen. Ottaen huomioon, että asunnon ilmanpaine on yhtä suuri kuin tavallinen ja käytetty vesi ei sisällä suoloja ja muita epäpuhtauksia, joita ei pitäisi olla, kiehumispiste on myös standardi - 100 astetta. Mutta jos vesi sisältää suolaa, kiehumispiste, kuten jo tiedämme, on korkeampi.
Johtopäätös
Nyt tiedät missä lämpötilassa vesi kiehuu ja kuinka ilmanpaine ja nesteen koostumus vaikuttavat tähän prosessiin. Tässä ei ole mitään monimutkaista, ja lapset saavat tällaista tietoa koulussa. Tärkeintä on muistaa, että paineen laskiessa myös nesteen kiehumispiste laskee, ja kun se nousee, se myös kasvaa.
Internetistä löytyy monia erilaisia taulukoita, jotka osoittavat nesteen kiehumispisteen riippuvuuden ilmakehän paineesta. Ne ovat kaikkien saatavilla, ja koululaiset, opiskelijat ja jopa oppilaitosten opettajat käyttävät niitä aktiivisesti.
