Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 5 dotazů obsahujících »plynném«
1) Co je to kouř?
12. 10. 2009
Dotaz: Co je to kouř? Co je to vidět při nedokonalém spalovaní dřeva na ohništi
(bez plamene) a jak je možné, že "to" zmizí při lepším
spalovaní (s plamenem). Poddotaz: jsou některé běžné plyny viditelné,
nebo se jedná vždy o aerosol (pevná či kapalná látka rozptýlená v
plynu)? (Ludvík Trnka)
Odpověď: Kouř jsou pevné částečky rozptýlené v plynu, takže při nedokonalém spalování
při táboráčku jde o saze, popel a další pevné zbytky unášené vznikajícími
plyny. Při vyšší teplotě a lepším přístupu kyslíku se řada nespálených
zbytků zoxiduje až na plyny a nepřispívá tedy ke vzniku kouře.
Další možností vzniku kouře je reakce dvou plynů, při které vzniká pevná
látka - například setkají-li se (neviditelné) páry chlorovodíku a amoniaku,
reagují za vzniku pevného chloridu amonného, což se projeví jako vznik
bílého kouře. Video této reakce je například na serveru YouTube:
http://www.youtube.com/watch?v=pSarGx8Uank&feature=related
V baňce vzniká reakcí chloridu se silnou kyselinou plynný chlorovodík, ten
je postanní trubičkou odváděn nad kádinku s roztokem amoniaku, z níž se
uvolňuje plynný amoniak. Jakmile se oba plyny u ústí kádinky setkají, vzniká
bílý kouř, tedy mikroskopické částečky pevného chloridu amonného rozptýlené
ve vzduchu.
Některé plyny jsou barevné a můžeme je vidět (při dostatečné koncentraci).
Běžným příkladem je červenohnědý oxid dusičitý, vznikající při některých
reakcích z kyseliny dusičné. Skutečně se může jevit jako "hnědý kouř", ale
narozdíl od pravého kouře neobsahuje žádné pevné částečky, které by se např.
mohly usazovat na filtru. Podobně zbarvený je i brom v plynném skupenství,
chlor je při vyšší koncentraci pozorovatelný jako žlutozelený.
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mě, jak je to s vypařováním oleje. Děkuji (hana vyroubalová)
Odpověď: S vypařováním oleje je to tak, že k němu dochází - stejně jako u všech ostatních kapalin. Díky velikosti molekul oleje (jde-li nám o stolní olej, jedna jeho molekula je zhruba 50x těžší než molekula vody) dochází k přechodu do plynného skupenství poměrně obtížně, což se odráží na nízké hodnotě fyzikální veličiny zvané tenze par či tlak sytých par nad hladinou kapaliny při dané teplotě. Různá ochota k vypařování u různých kapalin se projeví různým počtem molekul v plynném skupenství nad hladinou kapaliny, a čím více molekul, tím větší tlak.
Vyjádřeno číselně: slunečnicový olej má při pokojové teplotě tenzi par pod 100 Pa, což je 25x méně než voda. Vyjádřeno zkušenostně: pokud olej dokážete ucítit, je to jasný důkaz jeho vypařování, tj. putování jeho molekul v plynném skupenství na Vaši nosní sliznici. Že kapalinu necítíte, to však ještě nic neznamená - příčina může být také v chybějících čichových receptorech, například pro všudypřítomnou vodu, dusík či kyslík jsou receptory skutečně zbytečné.
Dotaz: Dobrý den, může být nafta (vzhledem k velikosti molekul) v plynném skupenství? (Petr)
Odpověď: V plynném skupenství může být teoreticky, za vhodných podmínek, každá
chemická látka, bez ohledu na velikost molekul - ta pouze ovlivňuje teplotu
varu látky. I nafta, jako směs pevných a kapalných organických látek, může
být teoreticky za dostatečně vysoké teploty v plynném skupenství. Problém je
ovšem v teplotní nestálosti mnoha organických sloučenin - často se stává, že
příslušnou látku nelze převést do plynného skupenství, protože se ještě
před dosažením teploty varu rozloží. Pokud opravdu potřebujeme plynné
skupenství (například při frakční destilaci ropy), pomáháme si závislostí
teploty varu na tlaku. Snížením tlaku můžeme snížit teplotu varu až do
oblasti, kde už tepelný rozklad nehrozí.
Pokud vás zajímá spíše vypařování z volného povrchu kapaliny za normální
teploty, samozřejmě každá kapalina má svou tenzi par (tj. jakoby
koncentraci molekul v plynném skupenství nad povrchem), ať už jakkoli
nízkou, a stejně tak i nafta, resp. (protože jde o směs) každá její složka.
Jednoduchým důkazem toho, že se nafta z povrchu vypařuje, je její zápach
(kdyby se vám nemohla dostat na nosní sliznici, necítil byste ji). V
porovnání s kratšími uhlovodíky (menší molekuly) je tenze par nafty
relativně nízká:
motorová nafta méně než 100 Pa (podobně jako slunečnicový olej),
technický benzín 17 200 Pa (menší molekuly),
voda 2 300 Pa (velmi malé molekuly, ale velká polarita).
Vedle velikosti molekuly se uplatňuje také vliv mezimolekulových interakcí,
které brání molekule vytrhnout se z kapaliny pryč do plynné fáze. Čím větší
polarita látky, čím nabitější skupiny obsahuje, tím silnější interakce má s
okolím a tím nižší je tenze její páry. Látky s vysokou polaritou - látky
iontové (soli), byť i s velmi malými molekulami, se vyskytují za normálních
podmínek v pevném skupenství a tenzi par mají zanedbatelnou.
Dotaz: Dobrý den, máme dvě nádoby stejného objemu, ve kterých je voda, rovněž stejného
objemu (přičemž voda nezabírá celý objem nádoby). V jedné nádobě je nad hladinou
vody vzduch a v druhé je vzduch vypuštěn, tzn. nad hladinou vody se nachází
pouze vodní páry. Můj dotaz zní: bude v nádobě, ve které není vzduch, větší
množství vodních par, nebo bude v obou nádobách stejné množství vodní páry (nad
vodní hladinou)? (petr)
Odpověď: V nádobě, v níž je v rovnovážném stavu voda se svými parami, je tzv.
dynamická rovnováha. To znamená, že ačkoliv z makroskopického pohledu se
nic nemění (množství kapalné a plynné fáze je pořád stejné), na
mikroskopické úrovni se něco děje: molekuly vody se neustále chaoticky
pohybují, občas některá "vyskočí" z kapaliny a stane se součástí par
("vypaří se"), jindy se zase molekula páry vrátí do kapaliny
("zkondenzuje").
Rovnováha závisí tedy na tom, jak "husto" je molekul vodní páry v plynné
fázi nad kapalinou - pokud příliš mnoho, kondenzují, pokud příliš málo,
nastává vypařování z kapalné fáze. Přitom nezáleží na tom, mezi čím se
tyto molekuly vodní páry pohybují - zda mezi částicemi vzduchu, ve
vzduchoprázdnu nebo v jakémkoli jiném plynu; záleží pouze na jejich
množství v jednotce objemu. Selským rozumem usoudíme, že nemůže být tak
úplně jedno, zda se molekuly pohybují mezi "ničím" nebo mezi částicemi
vzduchu - ale za běžných podmínek je jakýkoli plyn natolik "řídký", že
částice v něm se pohybují dostatečně volně.
Je-li ve Vašich nádobách stejné množství kapalné fáze a v obou případech
jde o rovnovážný stav, musí v nich být také stejná množství vody v
plynném skupenství, v důsledku tedy stejný tlak molekul vodní páry. Liší
se pouze celkový tlak nad kapalinou v nádobě - v jednom případě je
plynná fáze tvořena pouze vodními parami, v druhém stejným množstvím
vodních par a navíc ještě vzduchem, takže celkový tlak je zde vyšší,
tvořený součtem tzv. parciálních (částečných) tlaků jednotlivých složek
(vodní pára, kyslík, dusík, oxid uhličitý... ).
A jaký je tlak syté vodní páry, tedy páry v dynamické rovnováze s
kapalnou vodou? To závisí na teplotě. Např. při 10 °C je to asi 1,2 kPa
(setina atmosférického tlaku), při 50 °C asi 12 kPa, při 100 °C je to
akorát atmosférický tlak a při 120 °C je to asi 2,5 násobek
atmosférického tlaku.
Dotaz: Chcel by som vedieť, aký je pomer vodik/kyslik
pri ktorom je zmes traskavina, horí, nehorí. Pri elektrolýze vzniká
pomer 2:1. Aký je rozdiel pri 2HO a H2,O2 - myslím v plynnom stave
nie peroxid. (Mikulas)
Odpověď: 1) Toto je otázka chemické kinetiky. Hoření anebo výbuch vypadají takhle:
molekula O2 je stabilní, molekula H2 taky, takže vydrží vedle sebe dost
dlouho a nesloučí se. Ale dostanou-li "šťouchnutí", můžou překonat
počáteční ostych. Úplně na začátku se roztrhnou se vazby H-H a O=O, úplně
nakonec se "přeorientují" na vazby O-H ve vodě. Při tomto sloučení se
vybaví tolik energie, že to případně stačí "rozehřát ke slučování"
(=natrhat) i další molekuly. Je-li těch nových, které se roztrhaly, víc než
těch, které se sloučily a tím jim dodaly energii, nastává klasická řetězová
reakce, tedy výbuch. Je-li jich míň, tak slučování zanikne, utichne. Je-li
tedy např. příliš málo O2 v množství H2, pak se sice rozehřeje O2, ale nemá
vedle sebe H2, se kterým by se sloučil a tím uvolnil energii pro
"rozehřátí" dalších párů O2 a H2, a vcelku se řetězová reakce nekoná. Jak
vysoká je potřebná koncentrace H2 v O2 anebo naopak O2 v H2 - to je otázka
spíše z praktické chemie.
Toto bylo jen velmi hrubé přiblížení. Děj probíhá s mnoha
mezistupněmi, kdy se např. molekula dostane do excitovaného stavu (s vyšší
vnitřní energií, ale případně i bez roztržení vazby), nebo se vazba O=O
natrhne na -O-O-, nebo se změní nalepením vodíku na radikály typu H-O-O-,
které se vzápětí nalepí na další molekuly H2, aby je to potrhalo a dalo
vznik dalším radikálům atd.atd. Každá z těchto dílčích reakcí má svou
energiovou bilanci a je vázána na předchozí reakce (vedoucí ke vzniku
výchozích složek pro uvažovanou reakci). Je to tedy nikokli přímočará
reakce, ale celá složitá struktura možných přeměn. I proto mj. ve výsledné
směsi ani v ideálních podmínkách není jen H2O, ale i stopy H2O2, O3 apod. v
závislosti na reakčních podmínkách.
Konkrétní minimální koncentrace vám sdělí buď
chemici-experimentátoři, nebo specialisté z chemické kinetiky na tuto
reakci - anebo bezpečnostní technici, stanovující maximální bezpečné
koncentrace hořlavých plynů.
2) Při elektrolýze H2O vznikají samozřejmě H i O ve stechiometrickém poměru
(a slučují se na H2 a O2). Ovšem pozor, rozpustnost obou plynů není stejná,
takže opravdové bublinky po smíchání nemají poměr 2:1, jak by plynulo ze
stechiometrie.
3) I v plynném stavu může být H2O2, O3, radikály apod., ovšem s
pravděpodobností exponenciálně klesající s nadbytečnou energií, kterou
mají.
