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泡について話しましょう。鍋いっぱいの沸騰したお湯の中にある泡は、正確には何なのか知っていますか? 私たちが知っているシャボン玉の多くは、実際には空気で満たされているため、空気だと考える人もいます。他の人は、それが沸騰したときの水の性質の化学変化の結果として逃げる水素または酸素であると考えています.
しかし、これらの仮定はどちらも真実ではありません。鍋に水を入れて加熱し始めると、鍋の側面に気泡が見られます。これらの泡は実際には空気です。水の大部分には溶存空気が含まれています。水を加熱し始めると、この溶解した空気が水から逃げます。ただし、これらの泡は沸騰したお湯に関連するものではありません。
水が沸騰するとどうなるか
水が沸騰すると、化学変化ではなく、物理変化が起こります。水分子は水素と酸素に分裂するのではなく、水分子間の極性結合が壊れて沸点に達し、液体から気体に物理的に変化します。
水には、固体、液体、気体の 3 つの形態があることは既にご存じでしょう。私たちは固体が氷であることを知っています。もちろん、液体は私たちが飲む水です。気体の形は水蒸気です。水蒸気は私たちの身の回り、空気中にほぼ常に存在しています。私たちはそれを見ることができません。
液体を沸騰させて気体にするには、蒸気圧が大気圧に等しくなるまで液体を加熱する必要があります。水の場合、これは約 100°C で発生します。このため、水の沸点は100℃と考えられています。ただし、水の沸点は実際には、標高、大気圧、水中の他の化学物質の存在など、さまざまな要因に応じて高くなったり低くなったりする可能性があります。
水が沸騰すると、熱エネルギーが水分子に伝達され、水分子がより速く動き始めます。最終的に、分子の運動エネルギーが大きすぎて、液体としてくっつきません。次に、気体の水蒸気分子が形成されます。これらは泡の形で表面に浮かび、空気中を移動します。
沸騰したお湯の鍋の中の泡は、空気ではなく水でできており、気体の水だけです。水と空気で満たされた鍋のように見えるものは、実際には水だけで満たされた鍋ですが、2 つの異なる物理的状態があります。
泡を作らずに液体を沸騰させることはできますか?
液体を気泡なしで沸騰させるように特別に設計された表面を想像してみてください。矛盾しているように聞こえますが、ある意味ではそうです。しかし、次のことを考慮してください。
非常に熱い鍋に水を一滴垂らすと、水が分散し、蒸発するのに最大 1 分ほどかかります。最初の接触で、高温の表面が液滴の一部を蒸発させ、液滴と高温の表面の間に蒸気の絶縁層を作成します。これは、二重窓の空気室で起こることと非常によく似ています。この蒸気の層は、高温の表面がいわゆるライデンフロスト点より上にある場合にのみ維持できます。
ライデンフロスト蒸気層は、沸騰と冷却にも重要な役割を果たします。熱い鍋に小さな水滴を垂らす代わりに、熱いやかんに水を満たした場合、やかんがライデンフロスト温度よりも低くなると、ライデンフロスト蒸気層が崩壊します。これにより、水が（まだ）熱い表面と直接接触すると、蒸気の泡が爆発します。
ライデンフロスト効果の簡単な説明
1756 年、ヨハン ゴットロブ ライデンフロストは、水蒸気の膜の浮揚により、水滴が十分に熱くなった鍋から滑り落ちることを観察しました。これらの膜は、高温の表面が臨界温度を超えた場合にのみ安定し、沸騰の中心的な現象です。
このいわゆるライデンフロスト領域では、蒸気層の熱伝導率が低いため、高温の表面と液体の間の熱伝達が妨げられます。冷却面の温度が臨界温度を下回ると、蒸気膜が崩壊し、システムは核沸騰状態に入ります。これは、原子力発電所などの一部の状況では、特に損害を与える蒸気爆発につながる可能性があります。
一方、これらの蒸気膜の存在は、液固抵抗も低下させる可能性があります。
ソース
- コナー、N.（2019）。ライデンフロスト効果とは？ライデンフロスト ポイント: 定義。
- ドミンゲス、M. (sf)。物理変化と化学変化。
- Chemistry. は (sf) です。沸点。
- Sanchez、G.（2015）。物質の凝集状態。
- Valdivielso、A.（sf）。水の蒸発とは？
