Įvadas
Virimas - tai kasdien patiriamas reiškinys, tačiau pažvelgus giliau, jis atsiskleidžia kaip sudėtingas fizinis ir cheminis procesas. Šis procesas apima energijos perdavimą, molekulių judėjimą ir fazių virsmus. Straipsnyje nagrinėjamas virimo procesas iš chemijos ir fizikos perspektyvų, siekiant suprasti, kas vyksta molekuliniame lygmenyje, kai skystis pasiekia savo virimo temperatūrą. Taip pat bus aptariama atomų sandara ir periodinis dėsnis, siekiant giliau suprasti virimo procesą.
Chemija ir medžiagos
Chemija yra fundamentali mokslo sritis, tirianti mus supančio pasaulio medžiagas, apimant jų savybes, sudėtį, struktūrą ir virsmus, kurių metu keičiasi medžiagų sudėtis, o kartu ir energija. Ji aprėpia visą materijos įvairovę, pradedant subatominėmis dalelėmis ir baigiant sudėtingomis biologinėmis sistemomis. Pavyzdžiui, kvėpavimo procesas, kurio metu deguonis patenka į mūsų organizmą ir reaguoja su gliukoze, išskirdamas energiją, yra cheminis procesas. Arba metalų rūdijimas, kurio metu metalas reaguoja su ore esančiu deguonimi ir drėgme, sudarydamas oksidus - taip pat cheminis procesas.
Chemija yra suskirstyta į kelias pagrindines šakas:
- Neorganinė chemija: Ši šaka koncentruojasi į neorganinių medžiagų, pavyzdžiui, mineralų, metalų ir jų junginių, tyrimą.
- Organinė chemija: Organinės chemijos objektas - anglies junginiai, kurie yra gyvybės pagrindas. Ši šaka yra itin svarbi, nes anglis gali sudaryti daugybę įvairiausių junginių, pasižyminčių skirtingomis savybėmis.
- Analizinė chemija: Tai chemijos šaka, tirianti medžiagų cheminę sudėtį. Analizinė chemija skirstoma į kokybinę analizę, kuri nustato, kokios medžiagos sudaro mėginį, ir kiekybinę analizę, kuri nustato, kiek kiekvienos medžiagos yra mėginyje.
- Fizikinė chemija: Ši šaka nagrinėja cheminių reiškinių fizikinius dėsningumus.
- Biochemija: Biochemija tiria cheminius procesus, vykstančius gyvuose organizmuose. Ji nagrinėja biomolekulių, tokių kaip baltymai, angliavandeniai, lipidai ir nukleorūgštys, struktūrą, funkcijas ir sąveikas.
Chemijos ištakos siekia seniausias civilizacijas. Jau senovės egiptiečiai praktikavo įvairius cheminius procesus, gamindami stiklą, keramiką, dažus, kosmetiką ir vaistus. Viduramžiais alchemija buvo laikoma chemijos pirmtake. Alchemikai, vedami mistinių tikslų, siekė atrasti "filosofinį akmenį", kuris, jų manymu, galėtų paversti paprastus metalus tauriaisiais ir suteikti nemirtingumą. Tikroji mokslinė chemija pradėjo formuotis XVII-XVIII a., mokslo revoliucijos laikotarpiu. Robertas Boilis, laikomas vienu iš šiuolaikinės chemijos pradininkų, atmetė alchemikų idėjas ir pabrėžė eksperimentinių tyrimų svarbą. Antuanas Lavuazjė, atlikdamas tikslius degimo reakcijų tyrimus, paneigė flogistono teoriją ir suformulavo masės tvermės dėsnį. Džonas Daltonas XIX a.
Chemijos reikšmė šiuolaikiniame pasaulyje
Šiandien chemija yra viena iš svarbiausių mokslo šakų, turinti didelę įtaką įvairioms gyvenimo sferoms. Mokantis chemijos skatinamas natūralaus smalsumo sužadinimas, mokymo(si) bei atradimo džiaugsmo patyrimas. Labai svarbi mokinių tiriamoji veikla, apimanti ne tik konkrečių užduočių atlikimą, bet ir tyrimų planavimą. Tai sudaro prielaidas mokiniams ugdytis kritinio ir kūrybinio mąstymo, problemų sprendimo gebėjimus, kelti asmeninius iššūkius, aiškinti(s) reiškinius, naudoti tyrimų metodus, daryti įrodymais grįstas išvadas ir kt. Mokiniai skatinami atpažinti gamtamokslines problemas ir jas spręsti, vadovaujantis darnaus vystymosi, sveikos gyvensenos principais, atsakingai taikant įgytas chemijos ir kitų gamtos mokslų žinias ir gebėjimus įvairiose gyvenimo situacijose. Chemijos dalyko žinios konstruojamos grindžiant moksline metodologija, mokiniai skatinami aktyviai veikti įvairiose situacijose, taikydami chemijos žinias nustatyti reiškinių dėsningumus ir priimti argumentuotus sprendimus, formuluoti hipotezes ir planuoti tiriamuosius darbus (stebėjimus, laboratorinius darbus, eksperimentus ir pan.), tinkamai pasirinkti tyrimo tipą, reikalingą laboratorinę įrangą bei chemines medžiagas, įvertinti tiriamojo darbo netikslumus bei matavimo paklaidas, gauti ir apdoroti bandymų rezultatus, daryti duomenimis pagrįstas išvadas. Mokydamiesi pažinti negyvosios ir gyvosios gamtos vienybę, nagrinėdami su chemijos dalyko žiniomis susijusius probleminius klausimus, mokiniai skatinami pateikti ir pagrįsti skirtingus požiūrius, pasirinkti tinkamas strategijas probleminėms situacijoms spręsti, atsižvelgti į socialinius ir ekologinius veiksnius, vertinant chemijos mokslo ir cheminių technologijų poveikį aplinkai ir visuomenei. Plėtojamas gebėjimas taikyti tai, kas išmokta, mokiniams padedama suprasti įgytų žinių ir gebėjimų svarbą tolimesniam gyvenimui tiek pasirenkant profesiją, tiek būnant aktyviu piliečiu.
Taip pat skaitykite: Grafikas: virimo temperatūra vs. molekulinė masė
Virimas: fizikinis reiškinys
Virimas yra fizikinis reiškinys, kurio metu skystis virsta dujomis (garais). Šis procesas vyksta, kai skysčio garų slėgis pasiekia aplinkos slėgį. Virimo temperatūra priklauso nuo skysčio prigimties ir aplinkos slėgio.
Virimo temperatūra
Virimo temperatūra yra temperatūra, kurioje skystis pradeda virti. Normaliomis sąlygomis (101,3 kPa slėgyje) vandens virimo temperatūra yra 100 °C. Tačiau virimo temperatūra gali skirtis priklausomai nuo slėgio.
Savitoji garavimo šiluma
Įvairiems vienodos masės virimo temperatūros skysčiams paversti garais reikia skirtingo šilumos kiekio. Šilumos kiekis, kurio reikia 1 kg virimo temperatūros skysčio paversti garais, vadinamas savitąja garavimo šiluma. Savitoji garavimo šiluma žymima raide L, o jos matavimo vienetas yra J/kg.
Formulė: Q = Lm, kur:
- Q - šilumos kiekis
- L - savitoji garavimo šiluma
- m - masė
Burbuliukų susidarymas virimo metu
Virimo metu skystyje susidaro burbuliukai. Skystyje yra ištirpusių dujų, kurios mažais burbuliukais nusėda ant indo dugno ir šylant vandeniui jie plečiasi, kyla į viršų ir sprogsta.
Taip pat skaitykite: Kaip slėgis veikia vandens virimą
Kai kurių medžiagų virimo temperatūra
- Vanduo: 100 °C
Atomų sandara ir periodinis dėsnis
Norint suprasti virimo procesą giliau, svarbu žinoti atomų sandarą ir periodinį dėsnį.
Atomo sandara
Atomas susideda iš branduolio ir elektronų. Branduolį sudaro protonai ir neutronai. Protonų skaičius atome yra lygus atominiam skaičiui. Elektronai išsidėstę aplink branduolį tam tikrais lygmenimis.
Izotopai: To paties elemento atomų rūšys, turinčios vienodą protonų ir elektronų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių branduolyje.
Periodinis dėsnis ir periodinė elementų lentelė
Periodinė elementų lentelė yra elementų klasifikavimo sistema, pagrįsta jų atominiu skaičiumi ir cheminėmis savybėmis. Periodinės elementų lentelės sukūrimas (1869 m., Dmitrijus Mendelejevas) leido ne tik sistemingai klasifikuoti tuo metu žinomus elementus, bet ir numatyti dar neatrastų elementų savybes, o tai vėliau buvo patvirtinta eksperimentiškai.
Grupės: Vertikalūs stulpeliai periodinėje lentelėje.
Taip pat skaitykite: Kraujo judėjimo iššūkiai
Periodai: Horizontalios eilutės periodinėje lentelėje.
Periodiškai kinta elementų savybės, tokios kaip:
- Metališkosios ir nemetališkosios savybės
- Atomų dydžiai
- Elementų junginių (oksidų ir nemetalų hidridų) bazinės ir rūgštinės savybės
Cheminis ryšys
Cheminis ryšys yra jėga, laikanti atomus kartu molekulėse.
- Elektrinis neigiamumas: Atomo gebėjimas pritraukti elektronus.
- Joninis ryšys: Ryšys tarp jonų, susidariųsių, kai vienas atomas atiduoda elektroną kitam.
- Kovalentinis ryšys: Ryšys, susidarantis, kai atomai dalijasi elektronais.
- Vandenilinis ryšys: Silpnas ryšys tarp vandenilio atomo, prisijungusio prie elektroneigiamo atomo, ir kito elektroneigiamo atomo.
- Metališkasis ryšys: Ryšys tarp metalų atomų, kai elektronai laisvai juda tarp atomų.
Einšteino reliatyvumas ir periodinė lentelė
Einšteino reliatyvumas kraipo erdvę, laiką, protus - ir periodinę lentelę. Prisiartinus prie aukso, kurio atominis skaičius yra 79, branduolio trauka yra jau tokia stipri, kad arčiausiai esantys elektronai zvimbia apie jį greičiu, prilygstančiu 80 % šviesos greičio. Tai padidina jų masę, tad jie sukasi arčiau branduolio ir uždengia tolesnius elektronus nuo jo traukos. Būtent iš čia atsirandantys poveikiai aukso sugeriamos šviesos bangų ilgiui lemia tai, kad auksas toks nepanašus į virš jo periodinėje lentelėje esančius brangiuosius metalus. „Tam, kad auksas skirtųsi nuo sidabro, reikia reliatyvumo,“ sako Pyykkö.
Supersunkūs elementai
Pirmieji atomų modeliai rodė, kad virš atominio skaičiaus 103, teigiamai įelektrintų protonų tarpusavio stūma taps tokia stipri, kad atomai paprasčiausiai suirs. Bet dėl laboratorijose vykstančių eksperimentų, stengiantis sukurti elementus už urano, dabar oficialiai pripažintas atomas yra livermoriumo (116). Elementai 117 ir 118, jau sukurti, kol kas dar nėra įteisinti.
Neorganiniai junginiai
Neorganiniai junginiai skirstomi į:
- Oksidus: Junginiai, sudaryti iš elemento ir deguonies.
- Hidroksidus: Junginiai, sudaryti iš metalo ir hidroksilo grupės (OH-).
- Rūgštis: Junginiai, kuriuos tirpinant vandenyje susidaro vandenilio jonai (H+).
- Druskas: Junginiai, sudaryti iš metalo arba amonio katijonų ir rūgšties liekanos anijonų.
- Hidridai: Junginiai, sudaryti iš elemento ir vandenilio.
Rūgštys
Rūgščių tirpalų pH < 7. Rūgštys klasifikuojamos į deguonines ir nedeguonines.
- Reakcijos su metalais: Praskiestos druskos ir sieros rūgštys reaguoja su metalais, išskirdamos vandenilį.
- Reakcijos su baziniais oksidais: Rūgštys reaguoja su baziniais oksidais, sudarydamos druskas ir vandenį.
- Reakcijos su šarmais: Rūgštys reaguoja su šarmais, sudarydamos druskas ir vandenį (neutralizacijos reakcija).
- Gavimas: Rūgštis galima gauti iš rūgštinių oksidų dėl poveikio vandeniu arba iš atitinkamų druskų dėl poveikio koncentruota H2SO4.
Bazės
Bazių tirpalų pH > 7. Bazėms priskiriami junginiai, kuriuos tirpinant vandenyje susidaro OH- jonai.
- Reakcijos su rūgštimis: Šarmai reaguoja su rūgštimis, sudarydami druskas ir vandenį (neutralizacijos reakcija).
- Reakcijos su rūgštiniais oksidais: Šarmai reaguoja su rūgštiniais oksidais, sudarydami druskas.
- Reakcijos su tirpiomis druskomis: Šarmai reaguoja su tirpiomis druskomis, kai susidaro netirpūs junginiai.
- Reakcijos su metalais: NaOH tirpalas reaguoja su metalais (Zn, Al), išskirdamas vandenilį.
- Gavimas: Šarmus galima gauti iš metalų (Na ir Ca) reakcijų su vandeniu.
Oksidai
Oksidai klasifikuojami į bazinius, rūgštinius ir amfoterinius.
- Baziniai oksidai: Reaguoja su rūgštimis, sudarydami druskas ir vandenį. Reaguoja su rūgštiniais oksidais, sudarydami druskas. Reaguoja su vandeniu, sudarydami hidroksidus.
- Rūgštiniai oksidai: Reaguoja su šarmais, sudarydami druskas ir vandenį. Reaguoja su baziniais oksidais, sudarydami druskas.
Korozija
Koroziją sukelia:
- Ore esantys vandens garai ir O2
- CO2, SO2 ir kiti ištirpę vandenyje junginiai, veikiantys kaip elektrolitai.
Dujos
Vandenilis (H2)
- Fizinės savybės: Bespalvės, bekvapės dujos.
- Reakcijos: Reaguoja su O2, Cl2, N2.
- Gavimas: Pramonėje gaunamas iš gamtinių dujų, vandens.
Deguonis (O2)
- Fizinės savybės: Bespalvės, bekvapės dujos.
- Alotropinės atmainos: Deguonis (O2), ozonas (O3).
- Reakcijos: Reaguoja su H2, S, C, Ca, Cu.
- Gavimas: Gaunamas iš oro, vandens.
Halogenai
- Molekulės: Dviatomės (F2, Cl2, Br2, I2).
- Fizinės savybės: Skiriasi spalva ir agregatinė būsena.
- Reakcijos: Cl2 reaguoja su H2, metalais, vandeniu.
Siera (S)
- Fizinės savybės: Geltona kieta medžiaga.
- Reakcijos: Reaguoja su O2, H2, metalais.
Azotas (N2)
- Fizinės savybės: Bespalvės, bekvapės dujos.
- Reakcijos: Reaguoja su H2, O2.
Anglis (C)
- Alotropinės atmainos: Deimantas, grafitas.
- Fizinės savybės: Skiriasi sandara ir savybės.
tags: #virimo #temperaturos #priklausomybe #nuo #atomo #skaiciaus