על רתיחה והתאדות של נוזלים

28/01/2013

מבוסס על:

כידוע, מים רותחים (boiling) והופכים לגז בטמפרטורה של (בד"כ) 100 מעלות צלזיוס. אבל ישנו גם תהליך של התאדות (evaporation): זהו תהליך שבו נוזל הופך לגז בטמפרטורה שנמוכה מטמפרטורת הרתיחה. זה קורה, למשל, במקלחת, בים, או כאשר יורד גשם ופוגע במשטח חם כמו מדרכה. תופעה זו לא מתרחשת רק במים, אלא גם בנוזלים אחרים. מדוע זה קורה?

ההבדל בין מצב בו הנוזל הופך לגז בטמפרטורת הרתיחה לבין מצב בו הוא הופך לגז בטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת הרתיחה מתבטא בכך שההתאדות מתרחשת בעיקר בשכבה הנמצאת על פני הנוזל, כאשר מולקולת מים (למשל) הנמצאת על פני המים מקבלת מספיק אנרגיה קינטית כדי "לברוח" מפני המים, כלומר להתאדות. קצב ההתאדות לא תלוי רק בטמפרטורה, אלא בגורמים נוספים כמו שטח הפנים של הנוזל, לחץ האוויר, צפיפות הנוזל ועוד.

רתיחה, לעומת זאת, מתאפיינת בכך שנוצרות בועות גז בתוך כל נפח המים, והמים הנוזליים יכולים להתאדות במהירות רבה ע"י הצטרפות לבועות. לכל נוזל מתאים לחץ אדים התלוי בטמפרטורה. לחץ זה הוא הלחץ בו אדי הנוזל יהיו בשיווי משקל עם הנוזל, כלומר, הסיכוי של מולקולת נוזל להתאדות שווה לסיכוי של מולקולת גז להתעבות. בתנאי החדר, רתיחה מתרחשת כאשר לחץ שיווי המשקל של אדי הנוזל שווה ללחץ האטמוספרי בחדר, שהוא בערך 1 אטמוספרה. עבור מים בגובה פני הים זה מתרחש כשהטמפרטורה מגיעה ל100 מעלות צלזיוס. (נזכיר שככל שהטמפרטורה עולה, לחץ האדים עולה). דבר זה מאפשר לבועות האדים להיווצר בתוך הנוזל. למעשה, רתיחה היא צורה מהירה של התאדות.

בגובה רב תתרחש רתיחה בטמפרטורה נמוכה מ100 מעלות צלזיוס. זאת משום שלחץ האוויר שם נמוך יותר, ולכן לחץ שיווי המשקל של אדי הנוזל קטן מלחץ של 1 אטמוספירה. זאת גם הסיבה שבגובה רב קשה לשלוק ביצים – טמפרטורת הרתיחה של המים בגובה כזה לא מספיק גבוהה כדי לגרום לביצה להפוך לקשה. מסיבה זו ישנם בישולים הנעשים בסיר לחץ – האדים נאספים בתוך הסיר ומגדילים את הלחץ, כך שטמפרטורת הרתיחה עולה והמזון מתבשל בטמפרטורה גבוהה יותר.