Значение слова КИПЕНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона

Кипение - явление, обнаруживаемое жидкостями, когда во всей массе ихпроисходит образование пузырьков пара. Если же пар образуется только наповерхности жидкости, то происходит испарение; жидкий пар, находясь поддавлением окружающей жидкости, может появиться только тогда, когдадавление в этой точке жидкости не превышает упругости насыщенного парапри темп. жидкости. Поэтому, при данном давлении, К. данной жидкостинаблюдается при определенной температуре. Под именем температуры кипенияразумеют температуру К. под нормальным давлением атмосферы, равным 760мм. ртутного столба (В статье Сocтояния тел (три состояния) будутпомещены таблички, показывающие температуры плавления и кипения тел).Практически опыт редко осуществляется при этом условии, и потомуприходится находить искомую температуру К. при помощи поправки.Температура К. - характерный признак жидкости, а явление К. - весьмаупотребительный способ разделения жидкостей и испытания их чистоты. Мырассмотрим: 1) условия К., 2) нахождение температуры К., 3) К. смесей ирастворов, 4) зависимость между температурой К. и составом жидкости. 1) Условия К. При данной температуре на поверхности жидкостиустанавливается определенное давление ее пара, которое называетсяупругостью насыщенного пара. Образование пара наступает немедленно, еслиимеется свободная поверхность жидкости. Если же жидкость смачиваеттвердое тело, или, если дело идет о явлениях внутри жидкости, тожидкость можно при этих условиях нагреть до температуры высшей, чемтемпер. К., а самого К. не произойдет. Сверх внешнего давления в этомслучае нужно преодолеть еще силы сцепления и, потому, образование парапроисходит лишь при температуре более высокой. Этим обуславливаетсявозможность "перегревания" жидкостей, т. е. нагревание их вышетемпературы К., без К. В перегретом состоянии достаточно образоватьвнутри жидкости ничтожную свободную поверхность, чтобы вызватьобразование громадных количеств пара. К. происходит тогда взрывом, причем темпер. перегретой жидкости сразу падает до температуры К. Если несоблюдены особые условия, то К. должно неизбежно происходить толчкамипри резких колебаниях температуры жидкости. Такой вид К. представляетбольшую опасность для паровых котлов; вода, находящаяся в таких условияхК., называется сонной водой. "Перегревание" - нормальное явление дляжидкостей, а потому на практике колебания температуры внутри жидкости вовремя К. наблюдаются в большей или меньшей степени всегда. Чем ровнеекипит жидкость, тем эти колебания меньше. Чтобы достигнуть ровного К.,нужно, чтобы не только внешняя горизонтальная поверхность жидкости быласвободна, но чтобы подобные же условия имели место и в глубине, чтобытам жидкость соприкасалась с твердыми телами, напр. со стенками сосуда,не вполне их смачивая. В этом отношении громадное влияние оказываетспособность поверхностей твердых тел сгущать газы и упорно ихудерживать. Поверхности твердых тел всегда обладают такой оболочкойсгущенного воздуха, а потому и образование пузырьков газа наблюдается устенок сосуда, или у погруженной в жидкость палочки, или у плавающей вжидкости пылинки. По мере того, как К. продолжается, вместе с парамиуходит с поверхности твердых тел, соприкасающихся с жидкостью, сгущенныйгаз и происходит полное смачивание. Тогда наступают условияперегревания, и жидкость начинает кипеть толчками. Устранить это явлениеможно несколькими способами. Или во время К. во внутрь жидкостипропускают весьма слабый ток газа, или к жидкости прибавляют твердоготела, лежавшего на воздухе, в порошке (чаще всего прибавляют тальк, какминерал, мало поддающийся химическим действиям). Для той же целисмазывают стенки паровых котлов смолой. Тогда смола, медленноразлагаясь, от нагревания дает постоянно газы, обуславливающие ровное К.и, сверх того, препятствующие осаждению на стенках плотной накипи. 2) Нахождение температуры К. производится погружением термометра впары кипящей жидкости, а не в самую жидкость. Температура кипящей жидкости может, как указано выше, значительноколебаться и, сверх того, она изменяется с глубиной. Чем глубжеобразуются в жидкости пузырки пара, тем большему внешнему давлению ониподвержены и тем выше, следовательно, должна быть их температура, ибо кдавлению атмосферы на поверхности присоединяется вес столба жидкости.Выходя с поверхности жидкости, пар принимает температуру, отвечающуютемпературе насыщенного пара при давлении атмосферы, которое мынаблюдаем. Необходимо при этом только защитить термометр от лучистойтеплоты. Найденную таким образом температуру К. необходимо исправить,чтобы привести к нормальным условиям. Не всегда весь ртутный столбудается погрузить в пары; тогда вводится поправка термометра .Чтобызатем найти температуру К., отвечающую нормальному атмосферномудавлению, нужно знать, как изменяется упругость насыщенного пара стемпературой. Эти изменения различны у разных жидкостей. В среднем можнопринять, что изменение атмосферного давления на 26 мм. вызывает переменув температуре К. на один градус. К. смесей и растворов. перегонка. Если наблюдение температуры К.произведено правильно, то однородная жидкость показывает во все время К.одну и ту же, характерную температуру. Непостоянство температуры К. -верный признак присутствия в жидкости посторонних подмесей. Чтобыотделить эти подмеси, К. соединяют с сжижением пара и тогда операцияносит название перегонки. Пары кипящей жидкости вводят в холодильник истекающую из него жидкость разделяют на фракции с различной температуройК. Применяя "повторную перегонку", достигают выделения жидкостей с болееили менее постоянной температурой К. Достижение результата ускоряетсяприменением дефлегматоров - приборов, в которых часть пара сгущается вжидкость, стекающую обратно в кипятильник . Под явлением К. нужно различать два случая: К. неоднородной смеси иК. раствора. К. смеси двух жидкостей, нерастворяющихся друг в друге,представляет весьма интересные особенности. Температура К. остаетсяпостоянной, пока имеется смесь, и всегда ниже, чем температура К. каждойиз жидкостей в отдельности. Каждая из жидкостей образует насыщенный парс той же упругостью, как в отдельном состоянии, и К. начинается тогда,когда сумма упругостей насыщенных паров обеих жидкостей достигаетвеличины атмосферного давления. давление пара каждой из жидкостейоказывается, поэтому, меньше атмосферного и К. происходит, как подуменьшенным давлением. Этим пользуются часто, чтобы перегнать с водянымпаром при температуре ниже 100° жидкости, несмешивающиеся с водой икипящие при температуре гораздо более высокой. Этим способом отгоняюттакже из частей растений пахучие эссенции, эфирные масла и т. п. Еслиперегонке подвергаются только две несмешивающиеся жидкости, то во всевремя К. смеси наблюдается постоянная температура и постоянное отношениемежду количествами жидкостей в перегоне. Определив это отношение, знаятемпературу К. смеси и давление, под которым производится перегонка,можно найти величину упругости и плотности пара одной из жидкостей, еслидля другой жидкости эти величины известны. К. растворов. Простейший случай наблюдается, когда в жидкостирастворено не летучее твердое тело. Тогда температура К. всегда являетсяповышенной и тем больше, чем больше содержание твердого тела. Длянаблюдения температуры К. в этом случае необходимо, однако, термометрввести в пары предварительно нагретым. Если это невыполнено, то нахолодной поверхности термометра осядет чистая жидкость, и термометрдолгое время будет показывать температуру К. не раствора, а чистойжидкости. Простой зависимости между температурой К. и содержаниемтвердого тела в растворе не наблюдается; взамен этого для данного случаясуществуют простые отношения между упругостями пара раствора и чистойжидкости при постоянной температуре. В случае раствора двух жидкостейкаждая из них выделяет пары, представляющие также меньшую упругость, чемпары чистой жидкости при той же температуре. К. наступает тогда, когдасумма упругостей равна атмосферному давлению. Чем больше содержание врастворе одной из жидкостей, тем более понижена упругость пара другой, снею смешанной. величины упругостей паров и весовые отношения тел в парахменяются при изменении состава раствора. Поэтому, при К. растворанаблюдают вообще непрерывное изменение температуры К. и непрерывноеизменение состава перегона, причем в первых фракциях преобладаетжидкость с более низкой температурой К. В редких случаях растворы двухжидкостей, составленные в определенной пропорции, представляютпостоянную температуру К. и дают перегон одного и того же состава во всевремя перегонки. Избыток одной из жидкостей делает температуру К. в этомслучае так же изменяющейся; но, по удалении избытка повтореннойперегонкой, мы снова получаем раствор того же состава с постояннойтемпературой К. Taкиe "постоянно-кипящие" растворы, по своему характеруприближающиеся к определенным химическим соединениям и потомупредставляющие значительный интерес, были предметами многихисследований. Признак таких растворов: одинаковость весовых отношенийтел в парах и в растворе. Только в таком случае, при кипении раствора,состав его будет оставаться неизменным. Исходя из простых механическихусловий парообразования, можно вывести, что это условие должно бытьсоблюдено при определенных соотношениях между величинами упругостей паражидкостей в отдельном состоянии и величинами упругостей пара ихрастворов. В обычных случаях, упругости пара растворов представляютвеличины средние между величинами упругостей пара взятых жидкостей. ПриК. таких растворов, температура К. непрерывно меняется в пределахтемператур К. жидкостей, образующих раствор, и, в тоже время, непрерывноменяется состав перегона, причем в первых его фракциях преобладаетжидкость с низшей температурой К. Если же упругости пара растворовпредставляют величины или большие, или меньшие, чем для жидкостей вотдельном состоянии, то явления К. раствора существенно меняются. Теорияпоказывает, что здесь необходимо должен существовать раствор,представляющий одинаковые весовые отношения тел в парах и в растворе и,следовательно, неизменяющийся при К. Такой раствор отвечает илинаибольшей, или наименьшей упругости пара, т. е. представляет илинаиболее высокую, или наиболее низкую температуру К. из всех растворов,которые образует данная пара жидкостей. Так, вода с температурой К. 100(и азотная кислота с температурой К. 86(образуют раствор, неизменяющийсяв составе при К. и кипящий при 120,5°. раствор этот содержит около 70%азотной кислоты. Все растворы с иным содержанием кислоты будутпредставлять температуру К. ниже 120,5 (Пропиловый спирт с температуройК. 97,4° образует с водой раствор, кипящий без изменения состава при85,5°, т. е. при температуре низшей, чем температура К. обеих составныхчастей раствора. При кипении раствора иного состава, чем раствор смаксимальной или с минимальной температурой К., температура К.непрерывно меняется и происходит изменение состава раствора с тем лишьотличием, что окончательным результатом повторенной перегонки являетсяразделение взятого раствора на две части: постоянно кипящий раствор смаксимальной, или с минимальной температурой К. и более или менее чистаяжидкость, содержавшаяся в избытке. И в этом случае при К. раствораудаляются части ниже кипящие, а остаются - выше кипящие. Наглядноепредставление об условиях К. смешанных жидкостей и об условияхобразования постоянно кипящих растворов могут дать прилагаемые кривые,представляющие типические формы зависимости между составом раствора иупругостью его пара при постоянной температуре. 4) Зависимость между температурой К. и составом жидкостей. Дляпростых тел зависимость эта определяется периодическим законом. Из числасоединений наибольшее число жидкостей приходится на область органическихсоединений и здесь зависимость между темп. К. и составом была предметоммногих исследований. Первоначальное предположение о постоянной разностив температурах К. при постоянной разности в составе не оправдалось наопыте.В гомологических рядах разность температур К. при разнице всоставе на СН2 меняется в одном и том же ряду и неодинакова в разныхрядах, как это можно видеть из след. примеров: Углеводороды n CnH2n+2 разность 1 -164° - 2 -90° 74° 3 -37° 53° 4 +1°36° 5 +38° 37° 6 +70° 32° Хлоргидрины n CnH2n+1Cl разность 1 -22° 34° 2+12° 34° 3 +46° 32° 4 +78° 29° 5 +107° 26° 6 +133° - Спирты n CnH2n+1OHразность 1 66° - 2 78° 12° 3 97° 19° 4 117° 20° 5 137° 20° 6 157° 19°Кислоты n CnH2nO2 разность 1 100° 19° 2 119° 22° 3 141° 22° 4 163° 21° 5184° 20° 6 204° - Во всяком случае, замена водорода, связанного с углеродом, метилом,всегда повышает температуру К. Иное происходит при замене водородагидроксильного: температура К. при этом сильно понижается. Напр.метиловый алкоголь кипит при 78°, а метилэтиловый эфир при 11°; уксуснаякислота кипит при 119°, а ее метиловый эфир при 56° (благодаря этому,удается иногда перегонять без разложения эфиры в том случае, когдаисходные вещества при перегонке разлагаются, как напр. щавелевая илимасляная кислоты). Замена H2 - О повышает температуру К. : жирные кислоты кипятприблизительно на 40° выше, чем соответствующие кислоты; альдегиды иокиси выше, чем соответствующие углеводороды. Еще более повышаетсятемпература К. при замене Н - ОН: температура К. бутана 1°, а бутиловогоспирта (нормального) - 117°; темпер. К. пентана 38°, а амилового спирта138°; темпер. К. толуола 111°, а бензилового спирта 207°. То же явлениеобнаруживается при переходе от одноатомных спиртов к многоатомным;этиловый спирт (С2Н5ОН) кипит при 78°, а этиленгликоль С2Н4(ОН)2 кипитпри 198°; пропиловый спирт (C3H7OH) кипит при 97°, а глицерин(С3Н5(ОН)3) кипит при 290°. Изменения температуры К. при измененияхсостава не выражаются простым законом постоянной разности; но изприведенных примеров, однако, видно, что одинаковые изменения в составевлекут за собой сходные изменения в температуре К. тел, при чем весьмачасто и самая величина этих изменений темпер. К. колеблется в весьмаузких пределах. Если различия в составе состоят лишь в неодинаковомстроении, то и здесь наблюдаются различия температуры К. тем большие,чем глубже различия в строении. Напр., изомерные вещества формулы С3H6O,амиловый спирт и пропиловый альдегид, кипят при 97° и 69°; а триизомерных диметилбензола кипят: орто - 142°, мета и пара при 137°. Д. Коновалов.