Если оставить кружку с водой на достаточно долгое время, вода из неё испарится. Испарение — это превращение в пар, то есть в воду в газообразном состоянии. Но как вода может превратиться в пар при комнатной температуре? Мы же знаем, что это возможно только при 100 градусах Цельсия.
Почему вода превращается в пар
Молекула воды состоит из атома Кислорода и двух атомов Водорода. Каждая молекула воды представляет из себя маленький магнитик с «плюсом» на атомах Водорода, и «минусом» на атомах Кислорода. Плюс одной молекулы воды притягивается к минусу другой молекулы. Так между двумя молекулами воды образуется связь, называемая «полярной». Точно такая же связь образуется и между остальными молекулами воды, и в результате они все друг с другом связаны. Эта связь не самая прочная. Связи постоянно рвутся, и образуются новые. Благодаря этому вода обладает свойством текучести.
Чтобы оторвать магнит от другого, надо приложить силу. Точно так же, чтобы оторвать одну молекулу от другой, надо приложить силу. То есть передать молекуле достаточно энергии. Это и происходит при нагревании. Если нагреть воду до 100 °C, у молекул будет достаточно сил, чтобы разорвать связь с другими молекулами и отправиться в свободное путешествие. То есть перейти в газообразное состояние — пар.
Что такое температура
Мы привыкли думать о температуре как о свойстве конкретного предмета, вроде его цвета. Температура зелёного чая 65 градусов. Белого парного молока 30 градусов. Чёрного пластика внутри стоявшей на солнце машины 70 градусов.
Когда мы говорим белое парное молоко, мы подразумеваем, что основная его часть белая. Но кроме белого, в молоке ещё есть и кремово-розовые тона, вызванные пигментом каротином. И желтоватые тона, из-за наличия в молоке жира. То есть в среднем молоко белое. Но некоторые его участки отличаются по цвету.
Точно так же и с температурой. Если температура зелёного чая 65 градусов, это не значит, что каждая молекула чая 65 градусов. Одна молекула 65 градусов, другая 30 градусов, третья 80 градусов. Но в среднем все они 65 градусов. Причём молекулы постоянно ударяются друг об друга, передавая энергию соседней, то есть повышая её температуру. Как шары в бильярде. Если ударить белым шаром по чёрному, белый шар потеряют энергию и замедлится. А чёрный шар, по которому ударили, наоборот получит энергию и отлетит, получив ускорение.
В воде точно так же постоянно происходит перераспределение энергии (температуры). И в воде комнатной температуры постоянно появляются молекулы, температура которых 100 или даже больше градусов. То есть у них достаточно энергии для того, чтобы разорвать связь с другими молекулами и улететь. И они улетают. Но происходит это довольно медленно.
Почему вода испаряется не мгновенно
Для того, чтобы молекула отделилась от остальных, важно не только количество энергии. Надо, чтобы молекула эту энергию ещё и не потеряла. Потому что если молекула находится на самом дне, между ней и поверхностью могут находиться миллионы других молекул. Она будет ударяться в них, и постепенно растеряет всю энергию.
Для того, чтобы молекула смогла отделиться, она должна находиться на поверхности. Тем более, что молекулам, находящимся на самой поверхности нужно меньше энергии, чтобы отделиться от других. Потому что молекулы, находящиеся в толще, окружены связывающими их молекулами со всех сторон. А поверхностные молекулы «держат» только снизу и с боков. Над ними воды нет, значит и дополнительную связь им рвать не нужно.
Куда пропадает испарившаяся вода
Предположим, что всё это происходило в закрытой банке. Свободная молекула встретит на своём пути атомы газов, из которых состоит воздух. И атомы стенок и крышки банки. И ударяясь об эти атомы, молекула воды будет терять энергию. Пока не замедлится на столько, чтобы образовать связь с другими молекулами воды (или любыми другими полярными молекулами). Так образуется конденсат на крышке и стенках банки. Накапливаясь, он стекает обратно на дно. Круговорот воды в банке.
Если же банка не закрыта, тогда молекулы воды могут осесть не в банке, а в любом месте квартиры. А если у вас ещё и окно открыто, тогда молекула воды может вылететь в него. И отправиться в большой мир навстречу приключениям.
Если вам есть что дополнить в статье — напишите это в комментариях.
