蒸发(evaporation)是液体在表面变成气体,在低于沸点的任何温度都可以发生。沸腾(boiling)是液体在整个内部变成气体,发生在沸点,液体内部会形成蒸气泡。题目会要求你区分两者,或解释湿衣服、水壶这类真实情境。
两种情况下粒子发生了什么?
液体中的粒子靠得很近,并在彼此周围移动。它们的速度并不相同。有些粒子动能较大,而且每次碰撞后动能都会变化。
蒸发。 表面上动能足够大的粒子,可以克服液体内部对它的吸引力,逃逸到空气中。只有表面的粒子能这样做,而且只有动能较大的那些。这就是蒸发在室温下也能进行的原因。
沸腾。 当液体达到沸点,液体内部任何位置的粒子都有足够的动能形成蒸气泡。气泡上升并在表面破裂。沸腾期间,液体温度保持在沸点。
| 特点 | 蒸发 | 沸腾 |
|---|---|---|
| 发生位置 | 仅在表面 | 整个液体内部 |
| 温度 | 低于沸点的任何温度 | 一个固定温度(在给定压强下) |
| 液体内部有气泡 | 没有 | 有 |
| 速度 | 除非条件有利,否则较慢 | 快 |
| 对液体的影响 | 液体变凉 | 加热时温度保持在沸点 |
水在标准大气压下于 100 °C 沸腾。压强改变时沸点也会改变,你要学到什么程度,请看课程大纲。
例题
一位学生在 28 °C 的日子里把湿衣服挂在室内。另外,一壶水被加热到 100 °C。
题目: 解释为什么衣服会变干,但不会沸腾。
第 1 步,说出过程名称。 衣服里的水在蒸发,不是在沸腾。
第 2 步,用粒子解释。 湿布表面的水粒子能量各不相同。能量足够的粒子逃逸到空气中,成为水蒸气。
第 3 步,说明为什么不是沸腾。 温度是 28 °C,远低于沸点 100 °C,所以水内部的粒子没有足够的能量形成气泡。
第 4 步,如有需要再补充。 温度更高、表面积更大,或空气流动把水蒸气带离表面,都会使衣服干得更快。
注意,这个答案把两个词放在正确的位置,并把每个词与条件联系起来:任何温度下的表面,或一个温度下的整个内部。
要提防的错误
常见的错误是把沸腾说成“快速的蒸发”。
错误答案: “沸腾就是液体在更高的温度下蒸发得非常快。”
这是两种不同的过程,不只是快慢不同。蒸发发生在表面,沸腾发生在整个内部。正确的回答是:“蒸发只发生在表面,在低于沸点的任何温度都可进行。沸腾发生在沸点,整个液体内部都会形成蒸气泡。”
另一个错误是说气泡是“空气”或“氢和氧”。它们是同一种物质的蒸气。这一点会在区分物质变化与间距变化中再次出现。
自我检测
1. 写出沸腾与蒸发的两个不同点。
显示答案
以下任意两点:蒸发只发生在表面,沸腾发生在整个内部;蒸发在低于沸点的任何温度发生,沸腾发生在一个固定温度;沸腾时液体内部形成气泡,蒸发则没有。
2. 解释为什么一杯热饮在蒸汽上升时会稍微变凉。
显示答案
动能最大的粒子通过蒸发从表面逃逸。留下来的粒子平均动能较低,所以饮料变凉。
3. 一个水坑在温暖的下午消失了。这是沸腾还是蒸发?请给出一个理由。
显示答案
蒸发。 水坑的温度远低于 100 °C,水内部也没有形成气泡。粒子只从表面逃逸。
接下来学什么?
下一步,在解读加热曲线中追踪一种物质经过所有状态的过程。然后试做粒子混合练习。
如果你常把沸腾和蒸发的答案写混,一对一线上化学补习的老师可以和你一起检查用词,让每个词都对上题目给的条件。