Почему жидкости не выкипают на открытом воздухе, как в вакууме?

Я понимаю, что все твердые тела и жидкости неустойчивы к испарению в вакууме (поскольку у некоторых молекул всегда будет энергия, чтобы покинуть связи из-за характера распределения тепловой энергии).

Говорят, что твердые тела и жидкости достигают равновесия при любом отличном от нуля давлении, когда число покидающих его молекул становится равным числу ассимилирующихся молекул.

Мой маленький мозг думает, что эта нестабильность не должна быть связана с давлением и что такое равновесие вообще не должно быть возможным. В лучшем случае нестабильность должна быть связана только с парциальным давлением паров твердого/жидкого вещества вокруг него.

Я хочу сказать, что даже при очень большом давлении воздуха у некоторых молекул моего стола все еще будет достаточно энергии, чтобы покинуть его, в то время как ни одна из молекул воздуха не ассимилируется со столом.

Другими словами, любая жидкость должна кипеть на воздухе так же легко, как и в вакууме (если только это не сжиженный азот или кислород).

Почему не все жидкости, находящиеся на открытом воздухе, просто все время кипят (как в вакууме)? Почему поведение в вакууме и на открытом воздухе отличается? Разве хранение жидкости на открытом воздухе не является тем же самым, что и хранение ее в вакууме, поскольку парциальное давление жидкости на открытом воздухе должно приближаться к нулю, потому что пар будет быстро улетучиваться?

Где я ошибаюсь в своих размышлениях?

То, что вы говорите, в принципе верно. Если парциальное давление вещества в окружающем воздухе равно равновесному давлению пара, оно перестанет испаряться. Если оно меньше равновесного давления пара, он будет продолжать испаряться до тех пор, пока его парциальное давление не достигнет равновесного давления пара.
В дополнение к точке зрения @ChesterMiller, равновесное давление паров большинства элементов в STP действительно очень очень мало, поэтому вещи могут «испаряться» в течение миллиардов лет без вашего ведома. Вода — один из очевидных контрпримеров, где водяной пар — весьма заметная составляющая атмосферы, часто не находящаяся в равновесии.
@ChesterMiller Если да, то почему все жидкости, хранящиеся на открытом воздухе, не кипят все время (так же, как в вакууме)? Почему поведение в вакууме и на открытом воздухе отличается? Разве хранение жидкости на открытом воздухе не является тем же самым, что и хранение ее в вакууме, поскольку парциальное давление жидкости на открытом воздухе должно приближаться к нулю, потому что пар быстро уносится прочь?
@JonCuster Понятно, спасибо за подтверждение! Есть еще кое-что, что заставляет меня задуматься. Я отредактировал свой вопрос, чтобы выделить то, что меня больше заинтриговало.
Отвечая на ваши вопросы, Нет. Чтобы жидкость закипела, ее равновесное давление пара должно быть равно полному давлению газов в системе, а не просто равно парциальному давлению вещества в газовой фазе. Пузырьки могут образовываться под поверхностью жидкости только в том случае, если давление внутри пузырьков достаточно велико, чтобы оттолкнуть окружающую атмосферу.
@ChesterMiller Большое спасибо за указание на тонкую разницу между испарением и кипением! Я думаю, что я медленно понимаю, так как часть моего вопроса все еще остается. Я предполагаю, что в вакууме в объеме жидкости образуются пузырьки, потому что у некоторых карманов молекул есть кинетическая энергия, чтобы вырваться из связей. Но почему пузыри не должны образовываться даже при отсутствии вакуума? Что мешает вырваться карманам молекул с высокой кинетической энергией?

Ответы (1)

Из раздела комментариев кажется, что вы спрашиваете, почему — если конденсированные вещества, такие как жидкости и твердые тела, имеют тенденцию испаряться или сублимировать в газообразное состояние, что они и делают — почему пузырьки газообразного состояния не образуются спонтанно внутри их объема. .

Существует несколько взаимосвязанных препятствий. Во-первых, крайне маловероятно, что такое количество молекул сразу перейдет в газообразное состояние. Для видимого пузыря потребовалось бы более миллиарда миллиардов молекул, разрывающих свои связи одновременно примерно в одном и том же месте. Это не так уж необычно при температуре кипения, но помните, что давление пара (которое соответствует вероятности разрыва связей) экспоненциально зависит от температуры. Например, при комнатной температуре вы просто никогда не увидите, как вода спонтанно образует паровой пузырь. Любой пузырь, который вы видите, состоит из растворенных атмосферных газов, выходящих из раствора.

Еще одним препятствием является работа, которую необходимо совершить против атмосферы, чтобы образовать пузырь пара внутри материала. Например, молярный объем газовой фазы может быть в тысячу раз больше, чем у фазы конденсированного состояния. Следовательно, результирующее движение интерфейса должно отталкиваться от окружающей атмосферы, что представляет собой механическую работу.

Еще одно препятствие связано с потерей энергии, связанной с новой поверхностью. Формирование поверхности требует затрат энергии, потому что поверхность представляет собой потенциальные связи, которые невозможно установить. Это явление является источником поверхностного натяжения. Это также причина, по которой мы должны «перегревать» материалы (т. е. нагревать их немного выше точки кипения), чтобы фактически получить пузырьки пара, потому что существует энергетический барьер для образования этой границы раздела пар-конденсированное вещество, который необходимо преодолеть. Этот фактор также объясняет, почему твердые тела самопроизвольно испаряются в газообразную фазу, но не образуют спонтанно лужи жидкости на своей поверхности. Жидкости имеют положительное поверхностное натяжение; газов нет.

Почему жидкости не выкипают на открытом воздухе, как в вакууме?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v