Alkohol je jednoduché a cenově dostupné zařízení, které umožňuje generovat plameny pomocí alkoholu. Vzhledem ke svému nízkému výkonu nemá alkohol schopnost dosáhnout tak vysoké teploty potřebné k vaření vody.
Abyste pochopili, proč se tak děje, musíte znát několik fyzikálních zákonů.
První termodynamický zákon tvrdí, že energie se nemůže objevit odnikud nebo beze stopy zmizet. Může se pouze přeměnit z jedné formy na druhou. V případě alkoholu zůstává energie uvolněná při spalování alkoholu ve formě tepla. Toto teplo se přenáší na okolní předměty, ale v nedostatečném množství pro vaření vody.
Vliv fyzikálních vlastností látek
Při studiu fyziky je důležité pochopit vliv fyzikálních vlastností látek na výsledky experimentů a jevy, které jsou pozorovány v přírodě. Fyzikální vlastnosti látek určují jejich schopnost měnit stav nebo chování v různých podmínkách.
Například při interakci s vnějším prostředím může látka měnit svou teplotu, objem, hustotu nebo agregační stav.
Pro příklad se podívejme na případ varu vody v kbelíku na alkohol. Alkohol je zdrojem tepla, které se přenáší do vody a způsobuje její zahřívání. Při dosažení určité teploty zvané bod varu se voda začne odpařovat a přeměňovat na páru.
Když se však voda zahřeje na lihovině, její teplota se zvýší na 100 stupňů Celsia a poté přestane růst, aniž by dosáhla bodu varu. To je způsobeno fyzickou vlastností vody-jejím povrchovým napětím. Povrchové napětí vody vytváří na jejím povrchu tenký film, který zabraňuje tvorbě páry a vaření v kbelíku.
Pro úspěšné vaření vody na alkoholu je nutné odstranit povrchové napětí. To je možné například přidáním kapky pracího prostředku nebo soli do vody, což sníží povrchové napětí a umožní vodě vařit, když je ohřev na alkohol.
- Fyzikální vlastnosti látek určují jejich schopnost měnit stav nebo chování v různých podmínkách.
- Teplota, objem, hustota a agregační stav jsou hlavními fyzikálními vlastnostmi látek.
- Povrchové napětí vody brání jejímu vaření na alkoholovém opojení.
Teplota varu vody a alkoholu
Bod varu je teplota, při které kapalina přechází do plynného stavu. Závisí na řadě faktorů, jako je tlak, složení kapaliny a její čistota.
Voda je jednou z nejběžnějších kapalin na Zemi a její bod varu za normálních podmínek (tj. při atmosférickém tlaku 101,3 kPa nebo 1 atmosféře) je 100 stupňů Celsia. To znamená, že při této teplotě získávají molekuly vody dostatek energie k překonání přitažlivých sil a přecházejí do parního stavu.
Alkohol je další běžnou tekutinou, ale s nižším bodem varu. U etanolu, který je nejčastěji používaným druhem alkoholu, je teplota varu za normálních tlakových podmínek asi 78,4 stupňů Celsia.
Při pokusu vařit vodu v kbelíku na alkohol je problém. Teplota plamene alkoholu obvykle nestačí k dosažení bodu varu vody, který je 100 stupňů Celsia. V důsledku toho se voda může zahřát na určitou teplotu, ale nikdy nedosáhne bodu varu.
Je však třeba poznamenat, že bod varu kapaliny se může měnit v závislosti na změně tlaku. Pokud zvýšíte tlak na vodu, zvýší se její bod varu. Naopak, pokud se sníží tlak, sníží se jeho bod varu.
| Látka | Bod varu (stupně Celsia) |
|---|---|
| Voda | 100 |
| Alkohol (etanol) | 78,4 |
Voda a alkohol tedy mají různé teploty varu, což vysvětluje nemožnost vařit kbelík vody na lihovaru při použití běžných podmínek ohřevu.
Chemické vlastnosti alkoholu a vody
1. Čirá tekutina s charakteristickým zápachem.
2. Látka při pokojové teplotě a tlaku je těkavá, to znamená, že se odpařuje.
3. Voda a alkohol se mohou míchat v různých poměrech a vytvářet roztoky. Tyto roztoky mohou být hořlavé.
4. Alkohol je antiseptikum a lze jej použít k dezinfekci ran a povrchů. Při velkém množství alkoholu však dochází k opačnému účinku a jeho použití může způsobit podráždění pokožky.
1. Jedna z hlavních složek na Zemi a v lidském těle.
2. Krystalická látka při teplotách pod 0 stupňů Celsia, což vede k tvorbě ledu.
3. Voda má vysokou tepelnou vodivost a tepelnou kapacitu, díky čemuž je důležitá pro regulaci tělesné teploty. Voda se také používá při chlazení různých procesů.
4. Voda je univerzální rozpouštědlo. Mnoho látek je schopno se rozpustit ve vodě, což hraje důležitou roli v biologických procesech, chemických reakcích a různých technologických procesech.
Chemické vlastnosti alkoholu a vody se od sebe liší, což je způsobeno různými strukturami a vazbami mezi atomy v těchto látkách.
Princip fungování lihovin
Alkohol je nekomplikované zařízení, které funguje na základě spalování alkoholu nebo jiného paliva. Skládá se z nádrže na palivo, Gorenje a víka s otvorem pro udržení spalování.
Princip fungování lihovin je založen na selektivním odpařování a spalování paliva. Na začátku provozu lihovin je palivo v nádrži a při zahřátí se odpařuje. Odpařené palivo tvoří výpary vzduchu a hořlavého plynu, které se mísí v horní části hořáku. Směs se pak dostane do otvoru víka, kde se zapálí.
Alkohol má otvor o průměru, který umožňuje stabilní provoz hořáku. V tomto případě je třeba vzít v úvahu, že pokud je průměr otvoru příliš velký, Gorenje se stane neovladatelným a alkohol přestane správně fungovat.
Princip fungování lihoviny je založen na chemické reakci oxidace a spalování paliva za přítomnosti kyslíku ve vzduchu. Tím se uvolňuje teplo a vznikají spalovací produkty - voda a oxid uhličitý.
Hlavní nevýhodou lihoviny je, že neposkytuje dostatečně vysokou teplotu pro vaření vody, zvláště pokud je její objem velký. Proto se používá hlavně k udržení malého ohně nebo ohřevu malého objemu kapaliny.
Schopnost alkoholu dosáhnout požadované teploty
Alkohol, malé zařízení, které používá alkohol jako palivo, má řadu funkcí, díky nimž je neefektivní vařit velké množství vody v kbelíku:
1. Propan-butan a další plyny používané v lihovinách mají nízkou spalovací teplotu ve srovnání s jinými palivy, jako je plyn nebo elektřina. To znamená, že dosažení dostatečně vysoké teploty může trvat dlouhou dobu, než se kyblík vody uvaří.
2. Alkohol nemá vysoký stupeň koncentrace plamene, což znamená, že tepelná energie uvolněná při spalování se šíří do okolního prostoru a není soustředěna v jednom bodě. Zahřívání kbelíku s vodou proto bude probíhat nerovnoměrně a pomalu, což vyžaduje více času na vaření.
Níže uvedená tabulka poskytuje srovnávací ukazatele účinnosti různých paliv pro ohřev vody:
| Druh paliva | Spalovací teplo (kJ / kg) |
|---|---|
| Elektřina | 44,5 |
| Plyn | 50-55 |
| Alkohol | 28,8 |
Jak je vidět z tabulky, alkohol má mnohem menší spalovací teplo ve srovnání s elektřinou nebo plynem, což ovlivňuje jeho schopnost dosáhnout požadované teploty pro vaření kbelíku vody.
V důsledku toho může vaření kbelíku s vodou na lihovině trvat značnou dobu, což činí tento způsob nepraktickým a neúčinným.
Interakce molekul látek
Přitažlivost molekul je slabá síla zvaná van der Waalsovy síly. Jsou způsobeny časovými rozdíly v distribuci elektronového obalu molekuly a vedou k tvorbě malých dipólů, které přitahují sousední molekuly.
K odpuzování molekul dochází, když se molekuly k sobě přibližují na vzdálenost menší než kritická. V této vzdálenosti se začínají projevovat odpudivé síly, které brání dalšímu sbližování molekul.
Pohyb molekul látky je způsoben tepelným pohybem způsobeným oscilacemi a rotacemi molekul. Tento pohyb umožňuje molekulám hmoty pohybovat se v prostoru.
Při vaření vody na alkoholu dochází k interakci molekul vody s molekulami alkoholu. Molekuly alkoholu mají slabší van der waalsovské síly, takže nemohou účinně přitahovat molekuly vody a narušovat jejich strukturu. V důsledku toho se voda nevaří na alkohol.
Interakce molekul látky hraje důležitou roli při vysvětlování řady fyzikálních jevů, zejména změn fáze látky, její tepelné kapacity a tepelné vodivosti.
Polarita molekul vody a alkoholu
Molekuly vody (H2O) skládají se ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Díky této struktuře je molekula vody polární. Oxygen má větší elektronegativitu než vodík, což vede k nerovnoměrnému rozložení elektronové hustoty. Výsledkem je kladný náboj na atomech vodíku a záporný náboj na atomu kyslíku. Molekuly vody tvoří vodíkové vazby, navzájem se přitahují a vytvářejí strukturu se silnými mezimolekulárními silami.
Naproti tomu molekuly alkoholu (např. ethanol-C2H5OH) mají složitější strukturu. Obsahuje také atomy vodíku a kyslíku, ale je mezi nimi přítomna uhlíková kostra. Molekuly alkoholu nemají tak silnou elektronickou nerovnováhu jako molekuly vody, a proto je jejich polarita mnohem nižší.
Polární molekuly interagují lépe s jinými polárními molekulami a tvoří mezimolekulární síly, které je drží pohromadě. To znamená, že molekuly vody jsou schopny vytvářet vodíkové vazby mezi sebou, což zajišťuje stabilitu a vysoký bod varu této sloučeniny.
Když se snažíme vařit kbelík vody na alkohol, výsledný oheň je obvykle příliš slabý na to, aby přenesl dostatek energie na molekuly vody a způsobil jejich přechod do plynného stavu. Polárnější molekuly vody mají vyšší vazebnou energii a vyžadují více energie k překonání přitažlivých sil a přechodu do parního stavu.
Kvůli odlišné polaritě molekul vody a alkoholu je tedy energie uvolněná spalováním alkoholu nedostatečná k vaření kbelíku s vodou.Gorenje
Přitažlivost molekul a síla intra-a intermolekulární interakce
Molekuly látky, jako je voda, jsou v neustálém pohybu a vzájemně se ovlivňují. Tyto interakce určují fyzikální vlastnosti látky a ovlivňují její chování.
Intramolekulární síly zahrnují síly působící uvnitř molekuly a podmiňují její strukturu a vlastnosti. Voda například tvoří polární molekuly, kde je kladný náboj soustředěn na vodík a záporný na kyslík. Tyto polární vazby vytvářejí přitažlivé síly uvnitř molekuly.
Mezimolekulární síly na druhé straně působí mezi molekulami a určují jejich vzájemné uspořádání a pohyb. Voda má van der Waalsovy síly a hydrofobní interakce, které ovlivňují její chování při zahřívání.
Když se voda zahřeje na alkoholovém opojení, energie se přenese na molekuly, zvýší jejich kinetickou energii a způsobí intenzivnější pohyb. Nicméně, mezimolekulární přitažlivé síly vody kladou odpor tomuto pohybu, což ztěžuje jeho vaření na alkoholu.
Alkohol, na kterém se voda ohřívá, neposkytuje dostatečně vysokou teplotu, aby překonala mezimolekulární síly vody. Voda na lihovině se tedy bude pouze ohřívat, ale nedosáhne bodu varu, při kterém bude překonána přitažlivost mezi molekulami a začnou se tvořit vodní páry.
Přitažlivost molekul a síla intra - a intermolekulární interakce vody jsou tedy hlavním důvodem, proč nelze vařit kbelík vody na alkohol ve fyzice třída 8.