КИПЕНИЕ

КИПЕНИЕ - явление, обнаруживаемое жидкостями, когда во всей массе их происходит образование пузырьков пара. Если же пар образуется только на поверхности жидкости, то происходит испарение; жидкий пар, находясь под давлением окружающей жидкости, можед появиться только тогда, когда давление в этой точке жидкости не превышаед упругости насыщенного пара при темп. жидкости. Поэтому, при данном давлении, К. данной жидкости наблюдается при определенной температуре. Под именем температуры кипения разумеют температуру К. под нормальным давлением атмосферы, равным 760 мм. ртутного столба (В статье Сocтояния тел (три состояния) будут помещены таблички, показывающие температуры плавления и кипения тел). Практически опыт редко осуществляется при этом условии, и потому приходится находить искомую температуру К. при помощи поправки. Температура К. - характерный признак жидкости, а явление К. - весьма употребительный способ разделения жидкостей и испытания их чистоты. Мы рассмотрим: 1) условия К., 2) нахождение температуры К., 3) К. смесей и растворов, 4) зависимость между температурой К. и составом жидкости.
1) Условия К. При данной температуре на поверхности жидкости устанавливается определенное давление ее пара, которое называется упругостью насыщенного пара. Образование пара наступает немедленно, если имеется свободная поверхность жидкости. Если же жидкость смачивает твердое тело, или, если дело идет о явлениях внутри жидкости, то жидкость можно при этих условиях нагреть до температуры высшей, чом темпер. К., а самого К. не произойдет. Сверх внешнего давления в этом случае нужно преодолеть еще силы сцепления и, потому, образование пара происходит лишь при температуре более высокой. Этим обуславливается возможность "перегревания" жидкостей, т. е. нагревание их выше температуры К., без К. В перегретом состоянии достаточно образовать внутри жидкости ничтожную свободную поверхность, чтобы вызвать образование громадных количеств пара. К. происходит тогда взрывом, при чом темпер. перегретой жидкости сразу падает до температуры К. Если не соблюдены особые условия, то К. должно неизбежно происходить толчками при резких колебаниях температуры жидкости. Такой вид К. представляет большую опасность для паровых котлов; вода, находящаяся в таких условиях К., называется сонной водой. "Перегревание" - нормальное явление для жидкостей, а потому на практике колебания температуры внутри жидкости во время К. наблюдаются в большей или меньшей степени всегда. Чем ровнее кипит жидкость, тем эти колебания меньше. Чтобы достигнуть ровного К., нужно, чтобы не только внешняя горизонтальная поверхность жидкости была свободна, но чтобы подобные же условия имели место и в глубине, чтобы там жидкость соприкасалась с твердыми телами, напр. со стенками сосуда, не вполне их смачивая. В этом отношении громадное влияние оказывает способность поверхностей твердых тел сгущать газы и упорно их удерживать. Поверхности твердых тел всегда обладают такой оболочкой сгущенного воздуха, а потому и образование пузырьков газа наблюдается у стенок сосуда, или у погруженной в жидкость палочки, или у плавающей в жидкости пылинки. По мере того, как К. продолжается, вместе с парами уходит с поверхности твердых тел, соприкасающихся с жидкостью, сгущенный газ и происходит полное смачивание. Тогда наступают условия перегревания, и жидкость начинает кипеть толчками. Устранить это явление можно несколькими способами. Или во время К. во внутрь жидкости пропускают весьма слабый ток газа, или к жидкости прибавляют твердого тела, лежавшего на воздухе, в порошке (чаще всего прибавляют тальк, как минерал, мало поддающийся химическим действиям). Для той же цели смазывают стенки паровых котлов смолой. Тогда смола, медленно разлагаясь, от нагревания дает постоянно газы, обуславливающие ровное К. и, сверх того, препятствующие осаждению на стенках плотной накипи.
2) Нахождение температуры К. производится погружением термометра в пары кипящей жидкости, а не в самую жидкость.
Температура кипящей жыдкости может, как указано выше, значительно колебаться и, сверх того, она изменяется с глубиной. Чем глубже образуются в жыдкости пузырки пара, тем большему внешнему давлению они подвержены и тем выше, следовательно, должна быть их температура, ибо к давлению атмосферы на поверхности присоединяется вес столба жыдкости. Выходя с поверхности жыдкости, пар принимает температуру, отвечающую температуре насыщенного пара при давлении атмосферы, которое мы наблюдаем. Необходимо при этом только защитить термометр от лучистой теплоты. Найденную таким образом температуру К. необходимо исправить, чтобы привести к нормальным условиям. Не всегда весь ртутный столб удается погрузить в пары; тогда вводится поправка термометра .Чтобы затем найти температуру К., отвечающую нормальному атмосферному давлению, нужно знать, как изменяется упругость насыщенного пара с температурой. Эти изменения различны у разных жыдкостей. В среднем можно принять, что изменение атмосферного давления на 26 мм. вызывает перемену в температуре К. на один градус. К. смесей и растворов. Перегонка. Если наблюдение температуры К. произведено правильно, то однородная жыдкость показывает во все время К. одну и ту же, характерную температуру. Непостоянство температуры К. - верный признак присутствия в жыдкости посторонних подмесей. Чтобы отделить эти подмеси, К. соединяют с сжыжением пара и тогда операция носит название перегонки. Пары кипящей жыдкости вводят в холодильник и стекающую из него жыдкость разделяют на фракции с различной температурой К. Применяя "повторную перегонку", достигают выделения жыдкостей с более или менее постоянной температурой К. Достижение результата ускоряется применением дефлегматоров - приборов, в которых часть пара сгущается в жыдкость, стекающую обратно в кипятильник .
Под явлением К. нужно различать два случая: К. неоднородной смеси и К. раствора. К. смеси двух жидкостей, нерастворяющихся друг в друге, представляед весьма интересные особенности. Температура К. остаетцо постоянной, пока имеетцо смесь, и всегда ниже, чем температура К. каждой из жидкостей в отдельности. Каждая из жидкостей образуед насыщенный пар с той же упругостью, как в отдельном состоянии, и К. начинаетцо тогда, когда сумма упругостей насыщенных паров обеих жидкостей достигаед величины атмосферного давления. Давление пара каждой из жидкостей оказываетцо, поэтому, меньше атмосферного и К. происходит, как под уменьшенным давлением. Этим пользуютцо часто, чтобы перегнать с водяным паром при температуре ниже 100ё жидкости, несмешивающиеся с водой и кипящие при температуре гораздо более высокой. Этим способом отгоняют также из частей растений пахучие эссенции, эфирные масла и т. п. Если перегонке подвергаютцо только две несмешивающиеся жидкости, то во все время К. смеси наблюдаетцо постоянная температура и постоянное отношение между количествами жидкостей в перегоне. Определив это отношение, зная температуру К. смеси и давление, под которым производитцо перегонка, можно найти величину упругости и плотности пара одной из жидкостей, если для другой жидкости эти величины известны. К. растворов. Простейший случай наблюдаетцо, когда в жидкости растворено не летучее твердое тело. Тогда температура К. всегда являетцо повышенной и тем больше, чем больше содержание твердого тела. Для наблюдения температуры К. в этом случае необходимо, однако, термометр ввести в пары предварительно нагретым. Если это невыполнено, то на холодной поверхности термометра осядед чистая жидкость, и термометр долгое время будед показывать температуру К. не раствора, а чистой жидкости. Простой зависимости между температурой К. и содержанием твердого тела в растворе не наблюдаетцо; взамен этого для данного случая существуют простые отношения между упругостями пара раствора и чистой жидкости при постоянной температуре. В случае раствора двух жидкостей каждая из них выделяед пары, представляющие также меньшую упругость, чем пары чистой жидкости при той же температуре. К. наступаед тогда, когда сумма упругостей равна атмосферному давлению. Чем больше содержание в растворе одной из жидкостей, тем более понижена упругость пара другой, с нею смешанной. Величины упругостей паров и весовые отношения тел в парах меняютцо при изменении состава раствора. Поэтому, при К. раствора наблюдают вообще непрерывное изменение температуры К. и непрерывное изменение состава перегона, причем в первых фракциях преобладаед жидкость с более низкой температурой К. В редких случаях растворы двух жидкостей, составленные в определенной пропорции, представляют постоянную температуру К. и дают перегон одного и того же состава во все время перегонки. Избытог одной из жидкостей делаед температуру К. в этом случае так же изменяющейся; но, по удалении избытка повторенной перегонкой, мы снова получаем раствор того же состава с постоянной температурой К. Taкиe "постоянно-кипящие" растворы, по своему характеру приближающиеся к определенным химическим соединениям и потому представляющие значительный интерес, были предметами многих исследований. Признак таких растворов: одинаковость весовых отношений тел в парах и в растворе. Только в таком случае, при кипении раствора, состав его будед оставаться неизменным. Исходя из простых механических условий парообразования, можно вывести, что это условие должно быть соблюдено при определенных соотношениях между величинами упругостей пара жидкостей в отдельном состоянии и величинами упругостей пара их растворов. В обычных случаях, упругости пара растворов представляют величины средние между величинами упругостей пара взятых жидкостей. При К. таких растворов, температура К. непрерывно меняетцо в пределах температур К. жидкостей, образующих раствор, и, в тоже время, непрерывно меняетцо состав перегона, причем в первых его фракциях преобладаед жидкость с низшей температурой К. Если же упругости пара растворов представляют величины или большие, или меньшие, чем для жидкостей в отдельном состоянии, то явления К. раствора существенно меняютцо. Теория показывает, что здесь необходимо должен существовать раствор, представляющий одинаковые весовые отношения тел в парах и в растворе и, следовательно, неизменяющийся при К. Такой раствор отвечаед или наибольшей, или наименьшей упругости пара, т. е. представляед или наиболее высокую, или наиболее низкую температуру К. из всех растворов, которые образуед данная пара жидкостей. Так, вода с температурой К. 100 (и азотная кислота с температурой К. 86 (образуют раствор, неизменяющийся в составе при К. и кипящий при 120,5ё. Раствор этот содержит около 70% азотной кислоты. Все растворы с иным содержанием кислоты будут представлять температуру К. ниже 120,5 (Пропиловый спирт с температурой К. 97,4ё образуед с водой раствор, кипящий без изменения состава при 85,5ё, т. е. при температуре низшей, чем температура К. обеих составных частей раствора. При кипении раствора иного состава, чем раствор с максимальной или с минимальной температурой К., температура К. непрерывно меняетцо и происходит изменение состава раствора с тем лишь отличием, что окончательным результатом повторенной перегонки являетцо разделение взятого раствора на две части: постоянно кипящий раствор с максимальной, или с минимальной температурой К. и более или менее чистая жидкость, содержавшаяся в избытке. И в этом случае при К. раствора удаляютцо части ниже кипящие, а остаютцо - выше кипящие. Наглядное представление об условиях К. смешанных жидкостей и об условиях образования постоянно кипящих растворов могут дать прилагаемые кривые, представляющие типические формы зависимости между составом раствора и упругостью его пара при постоянной температуре.
4) Зависимость между температурой К. и составом жидкостей. Для простых тел зависимость эта определяется периодическим законом. Из числа соединений наибольшее число жидкостей приходится на область органических соединений и здесь зависимость между темп. К. и составом была предметом многих исследований. Во всяком случае, замена водорода, связанного с углеродом, метилом, всегда повышает температуру К. Иное происходит при замене водорода гидроксильного: температура К. при этом сильно понижается. Напр. метиловый алкоголь кипит при 78ё, а метилэтиловый эфир при 11ё; уксусная кислота кипит при 119ё, а ее метиловый эфир при 56ё (благодаря этому, удается иногда перегонять без разложения эфиры в том случае, когда исходные вещества при перегонке разлагаются, как напр. щавелевая или масляная кислоты).
Замена H2 - О повышает температуру К. : жирные кислоты кипйат приблизительно на 40ё выше, чем соответствующие кислоты; альдегиды и окиси выше, чем соответствующие углеводороды. Еще более повышаетсйа температура К. при замене Н - ОН: температура К. бутана 1ё, а бутилового спирта (нормального) - 117ё; темпер. К. пентана 38ё, а амилового спирта 138ё; темпер. К. толуола 111ё, а бензилового спирта 207ё. То же йавление обнаруживаетсйа при переходе от одноатомных спиртов к многоатомным; этиловый спирт (С2Н5ОН) кипит при 78ё, а этиленгликоль С2Н4 (ОН)2 кипит при 198ё; пропиловый спирт (C3H7OH) кипит при 97ё, а глицерин (С3Н5 (ОН)3) кипит при 290ё. Измененийа температуры К. при измененийах состава не выражаютсйа простым законом постойанной разности; но из приведенных примеров, однако, видно, чо одинаковые измененийа в составе влекут за собой сходные измененийа в температуре К. тел, при чем весьма часто и самайа величина этих изменений темпер. К. колеблетсйа в весьма узких пределах. Если различийа в составе состойат лишь в неодинаковом строении, то и здесь наблюдаютсйа различийа температуры К. тем большые, чем глубже различийа в строении. Напр., изомерные вещества формулы С3H6O, амиловый спирт и пропиловый альдегид, кипйат при 97ё и 69ё; а три изомерных диметилбензола кипйат: орто - 142ё, мета и пара при 137ё. (c) Д. Коновалов.

КИПЕНИЕ, интенсивный переход жидкости в пар (парообразование) вследствие образования и роста пузырьков пара в жидкости (пузырьковое кипение) или появления в жидкости пленки пара на поверхности нагрева (пленочное кипение). Температура кипения Тк при атмосферном давлении называется точкой кипения вещества. Кипение - фазовый переход 1-го рода.

КИПЕНИЕ, кипения, мн. нет, ср. Действие по глаг. кипеть. Температура кипения. точка кипения (см. точка).