Для чего необходимо знать температуру и другие параметры испарения ртути?

Что это такое, характеристика процесса

Испарение ртути – это физический процесс смены агрегатного состояния вещества из жидкого в газообразное.

Данный элемент хотя и относится к металлам, но является жидким. По этой причине процесс испарения ртути схож с парообразованием воды.

Отличием является только количество необходимой тепловой энергии и разность температуры кипения.

Жидкое состояние поверхности элемента позволяет более активным молекулам вырваться за пределы поверхности. При этом, для процесса испарения, не требуется подвод тепла. Оно может протекать и при низких температурах, так как у ртути отсутствует способность менять свое агрегатное состояние на твердое.

При какой t° образуются пары?

Ртуть испаряется при температуре от –38 градусов. При таких низких температурах пары ртути могут достигнуть термодинамического равновесия со своей основной жидкостью. Интенсивнее пары образуются при температуре +8 градусов в комнатных условиях.

Температура кипения вещества: +357 градусов. Такой подвод тепла вызывает наибольшую интенсивность парообразования, насыщения, без конденсации.

Скорость и время парообразования

Время испарения и скорость зависит от нескольких величин:

1. Атмосферное давление. Снижает интенсивность испарения за счет нагрузки на молекулы с сильным взаимным притяжением. При этом при температуре кипения, давление паров ртути выравнивается с атмосферным.
2. Плотность. Данный параметр незначительно снижается при подводе тепла. Часть молекул покидают вещество, снижая его плотность.
3. Температура. Увеличивает интенсивность испарения.
4. Площадь поверхности. Стоит учитывать, что ртуть в жидком состоянии формируется в шар. Чем больше диаметр этого шара, тем ниже скорость испарения.
5. Движение воздушных масс. Увеличивает испарение, при этом снижая концентрацию пара в воздухе.
6. Влияние ультрафиолетового излучения также увеличивает скорость парообразования.
7. Движение самого металла. В жидком состоянии скорость движения разогревает поверхность, что приводит к увеличению скорости движения молекул, получения ими дополнительной энергии для выхода.

Эталоном скорости испарения ртути является значение 0,036 мг/см за 1 час. Это происходит при условии полного отсутствия движения воздуха и при температуре от +24 градусов.

Испарение ртути из градусника

Из полностью герметичного градусника ртуть не испаряется, этому мешают стеклянные стенки устройства.

Если градусник разбит, металл попадает в окружающую среду, что уже представляет опасность для человека.

В жидком состоянии ртуть менее опасна. При испарении опасность представляют молекулы вещества, которые проникают в ткани организма.

Попадая в атмосферу, вещество испаряется быстрее при снижении ее площади поверхности. Разделенная на множество шариков, ртуть испаряется быстрее, а концентрация паров увеличивается в условиях отсутствия циркуляции воздуха и положительного температурного значения.

Удельная теплота

Как и у любого жидкого вещества, у ртути также есть удельная теплота парообразования, параметры которой будут описаны ниже.

Что это означает, чему равна?

Удельной теплотой парообразования является величина тепловой энергии, которая затрачивается на испарение определенной массы жидкости.

Удельной теплотой парообразования ртути при температуре кипения +357 градусов является значение 282 кДж/кг, а при атмосферном давлении 101 кПа – 760 мм.рт.ст. В физике принято считать удельной теплотой парообразования величину, округленную до 300 кДж/кг или 0,3*106 Дж.

Как определить?

Для расчета удельной теплоты парообразования используется формула: L = Q/m.

Выражение состоит из:

• «L» — удельная теплота парообразования;
• «Q» — количество затраченной теплоты на испарение;
• «m» — начальная масса вещества.

При расчетах часто определяется именно значение «Q», как количество затраченной теплоты. Это делается по причине того, что удельная теплота «L» является табличной величиной, а значит формула расчета выглядит как: Q=L*m.

Задача:

• масса ртути 10 г;
• температура 357 градусов;
• удельная теплота парообразования 0,3*106Дж;
• количество теплоты, затраченной на парообразование неизвестно.

Решение:

1. Q=L*m=Дж*кг;
2. 0,3*106Дж*0,01кг;
3. 300 кДж*0,1кг=3 кДж.

Ответ: для парообразования 10 г ртути, при температуре 357 градусов, требуется 3 кДж тепловой энергии.

Задача:

• масса ртути 500 кг;
• температура 357 градусов;
• удельная теплота 0,3*106 Дж;
• количество теплоты неизвестно.

Решение:

1. Q=L*m;
2. Q= 0,3*106Дж*500 г;
3. 300 кДж*0,5 кг=150 кДж.

Ответ: для испарения 500 г ртути, при температуре 357 градусов требуется 150 кДж тепловой энергии.

Что означает удельная теплота парообразования 300 кДж/кг?

Это табличная величина удельного парообразования ртути при температуре 357 градусов. Данное значение определяет необходимую тепловую энергию в 300 кДж, для испарения 1 килограмм ртути при температуре 375 градусов.

Свойства и физические данные паров

Пары ртути обладают следующими физическими свойствами:

1. Температура испарения -38 градусов. Это значение может быть значительно ниже при условиях, если ртуть находится на открытой поверхности.
2. Температура насыщения и интенсивного испарения от +24 градусов.
3. Кипение при +357 градусах.
4. Давление при температуре кипения 760 мм.рт.ст или 101 кПа.
5. Плотность пара увеличивается с повышением температуры.
6. Давление зависит от температуры и растет пропорционально.
7. Плотность исходного вещества снижается при подводе тепла по причине увеличения интенсивности испарения.
8. Скорость испарения при температуре +24 градусов равна 0,036 мг/см в час.

Видео по теме статьи

Видео-эксперимент с ртутью — как долго она испаряется в помещении, если убрать только осколки градусника:

Заключение

Пары ртути очень опасны для человека. Зная, при каких условиях снижается процесс парообразования и концентрации пара, можно значительно обезопасить себя от воздействия этого вредного элемента.