Alkohol ist ein einfaches und erschwingliches Gerät, mit dem Sie eine Flamme mit Alkohol erzeugen können. Aufgrund seiner geringen Leistung hat Alkohol nicht die Fähigkeit, eine so hohe Temperatur zu erreichen, die zum Kochen von Wasser benötigt wird.
Um zu verstehen, warum dies geschieht, müssen Sie mehrere physikalische Gesetze kennen.
Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt, dass Energie nicht aus dem Nichts erscheinen oder spurlos verschwinden kann. Sie kann sich nur von einer Form in eine andere verwandeln. Im Falle von Alkohol bleibt die durch die Verbrennung von Alkohol freigesetzte Energie in Form von Wärme erhalten. Diese Wärme wird an die umliegenden Objekte übertragen, jedoch in unzureichender Menge zum Kochen von Wasser.
Einfluss der physikalischen Eigenschaften von Substanzen
Beim Studium der Physik ist es wichtig, den Einfluss der physikalischen Eigenschaften von Substanzen auf die Ergebnisse von Experimenten und Phänomenen zu verstehen, die in der Natur beobachtet werden. Die physikalischen Eigenschaften von Substanzen bestimmen ihre Fähigkeit, ihren Zustand oder ihr Verhalten unter verschiedenen Bedingungen zu ändern.
Zum Beispiel kann eine Substanz in Wechselwirkung mit einer externen Umgebung ihre Temperatur, ihr Volumen, ihre Dichte oder ihren Aggregatzustand ändern.
Betrachten wir zum Beispiel den Fall von Wasser in einem Eimer mit Alkohol. Alkohol ist eine Wärmequelle, die dem Wasser übertragen wird und seine Erwärmung bewirkt. Wenn eine bestimmte Temperatur erreicht wird, die als Siedepunkt bezeichnet wird, beginnt das Wasser zu verdampfen und sich in Dampf zu verwandeln.
Wenn das Wasser jedoch mit Alkohol erhitzt wird, steigt seine Temperatur auf 100 Grad Celsius an und hört dann auf zu wachsen, ohne den Siedepunkt zu erreichen. Dies liegt an der physikalischen Eigenschaft des Wassers - seiner Oberflächenspannung. Die Oberflächenspannung des Wassers erzeugt einen dünnen Film auf seiner Oberfläche, der die Dampfbildung und das Kochen im Eimer verhindert.
Um das Wasser erfolgreich mit Alkohol zu kochen, ist es notwendig, die Oberflächenspannung zu beseitigen. Dies ist beispielsweise möglich, indem dem Wasser ein Tropfen Waschmittel oder Salz hinzugefügt wird, was die Oberflächenspannung verringert und das Wasser beim Erhitzen mit Alkohol zum Kochen bringt.
- Die physikalischen Eigenschaften von Substanzen bestimmen ihre Fähigkeit, ihren Zustand oder ihr Verhalten unter verschiedenen Bedingungen zu ändern.
- Temperatur, Volumen, Dichte und Aggregatzustand sind die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Substanzen.
- Die Oberflächenspannung des Wassers verhindert, dass es auf Alkohol aufkocht.
Siedepunkt von Wasser und Alkohol
Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der die Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand übergeht. Es hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie dem Druck, der Zusammensetzung der Flüssigkeit und ihrer Reinheit.
Wasser ist eine der häufigsten Flüssigkeiten auf der Erde, und sein Siedepunkt unter normalen Bedingungen (dh bei einem atmosphärischen Druck von 101,3 kPa oder 1 Atmosphäre) beträgt 100 Grad Celsius. Dies bedeutet, dass die Wassermoleküle bei dieser Temperatur genug Energie erhalten, um die Anziehungskräfte zu überwinden und in einen dampfförmigen Zustand überzugehen.
Alkohol ist eine weitere häufige Flüssigkeit, aber mit einem niedrigeren Siedepunkt. Für Ethanol, das die am häufigsten verwendete Art von Alkohol ist, beträgt der Siedepunkt unter normalen Druckbedingungen etwa 78,4 Grad Celsius.
Wenn Sie versuchen, Wasser in einem Eimer mit Alkohol zu kochen, tritt ein Problem auf. Die Flammentemperatur des Alkohols reicht normalerweise nicht aus, um einen Siedepunkt von Wasser zu erreichen, der 100 Grad Celsius beträgt. Infolgedessen kann sich das Wasser auf eine bestimmte Temperatur erhitzen, aber niemals den Siedepunkt erreichen.
Es ist jedoch erwähnenswert, dass sich der Siedepunkt der Flüssigkeit je nach Druckänderung ändern kann. Wenn Sie den Druck auf das Wasser erhöhen, steigt der Siedepunkt. Im Gegenteil, wenn Sie den Druck reduzieren, sinkt der Siedepunkt.
| Substanz | Siedepunkt (Grad Celsius) |
|---|---|
| Wasser | 100 |
| Alkohol (Ethanol) | 78,4 |
Daher haben Wasser und Alkohol unterschiedliche Siedepunkte, was die Unfähigkeit erklärt, unter normalen Heizbedingungen einen Eimer Wasser auf Alkohol zu kochen.
Chemische Eigenschaften von Alkohol und Wasser
1. Transparente Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch.
2. Die Substanz ist bei Raumtemperatur und Druck flüchtig, dh sie verdampft.
3. Wasser und Alkohol können sich in verschiedenen Anteilen vermischen und Lösungen bilden. Diese Lösungen können brennbar sein.
4. Alkohol ist ein Antiseptikum und kann zur Desinfektion von Wunden und Oberflächen verwendet werden. Bei hohen Mengen an Alkohol tritt jedoch der gegenteilige Effekt auf und seine Verwendung kann zu Hautreizungen führen.
1. Eine der Hauptbestandteile von Substanzen auf der Erde und dem menschlichen Körper.
2. Eine kristalline Substanz bei Temperaturen unter 0 Grad Celsius, wodurch Eis entsteht.
3. Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, was es wichtig macht, die Körpertemperatur zu regulieren. Wasser wird auch bei der Kühlung verschiedener Prozesse verwendet.
4. Wasser ist ein universelles Lösungsmittel. Viele Substanzen können sich in Wasser auflösen, was bei biologischen Prozessen, chemischen Reaktionen und verschiedenen technologischen Prozessen eine wichtige Rolle spielt.
Die chemischen Eigenschaften von Alkohol und Wasser unterscheiden sich voneinander, was auf die unterschiedlichen Strukturen und Bindungen zwischen den Atomen in diesen Stoffen zurückzuführen ist.
Funktionsprinzip des Alkohols
Alkohol ist ein einfaches Gerät, das auf der Grundlage der Verbrennung von Alkohol oder einem anderen Brennstoff arbeitet. Es besteht aus einem Brennstofftank, einem Brenner und einem Deckel mit einem Loch, um die Verbrennung zu erhalten. Gorenje besteht aus einem Brennstofftank, einem Brenner und einem Deckel mit einem Loch.
Das Funktionsprinzip des Alkohols basiert auf der selektiven Verdampfung und Verbrennung von Brennstoffen. Zu Beginn des Brennstoffbetriebs befindet sich der Brennstoff im Tank und verdampft beim Erhitzen. Der verdampfte Brennstoff bildet Dämpfe von Luft und brennbarem Gas, die sich im oberen Teil des Brenners vermischen. Die Mischung gelangt dann in die Öffnung des Deckels, wo sie in Brand gesetzt wird.
Der Brennerofen hat eine Bohrung mit einem Durchmesser, die es ermöglicht, den Brennerbetrieb stabil zu halten. Beachten Sie dabei, dass die Verbrennung Gorenje unkontrollierbar wird und der Alkohol nicht mehr richtig funktioniert, wenn der Durchmesser der Bohrung zu groß ist.
Das Funktionsprinzip des Alkohols basiert auf der chemischen Reaktion von Oxidation und Verbrennung von Brennstoffen in Gegenwart von Luftsauerstoff. Dabei wird Wärme freigesetzt und Verbrennungsprodukte entstehen - Wasser und Kohlendioxid.
Der Hauptnachteil des Alkohols besteht darin, dass es keine ausreichend hohe Temperatur zum Kochen von Wasser liefert, besonders wenn sein Volumen groß ist. Daher wird es hauptsächlich verwendet, um ein kleines Feuer aufrechtzuerhalten oder ein kleines Flüssigkeitsvolumen zu erwärmen.
Fähigkeit des Alkohols, die erforderliche Temperatur zu erreichen
Alkohol, ein kleines Gerät, das Alkohol als Brennstoff verwendet, hat eine Reihe von Eigenschaften, die es für das Kochen großer Mengen Wasser in einem Eimer unwirksam machen:
1. Propan-Butan und andere in Alkoholen verwendete Gase weisen im Vergleich zu anderen Brennstoffen wie Gas oder Elektrizität eine geringe Verbrennungswärme auf. Dies bedeutet, dass es eine lange Zeit dauern kann, bis ein Eimer Wasser eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, um zu kochen.
2. Der Alkohol hat keine hohe Flammenkonzentration, was bedeutet, dass sich die bei der Verbrennung freigesetzte Wärmeenergie in den umgebenden Raum ausbreitet und nicht an einem Punkt konzentriert ist. Daher wird das Erhitzen des Eimers mit Wasser ungleichmäßig und langsam erfolgen, was mehr Zeit zum Kochen erfordert.
Die folgende Tabelle enthält vergleichende Leistungsindikatoren für die verschiedenen Brennstoffe zum Erhitzen von Wasser:
| Kraftstoffart | Verbrennungswärme (KJ/kg) |
|---|---|
| Strom | 44,5 |
| Gas | 50-55 |
| Alkohol | 28,8 |
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, hat Alkohol eine viel geringere Verbrennungswärme als Strom oder Gas, was sich auf seine Fähigkeit auswirkt, die erforderliche Temperatur zum Kochen eines Eimers Wasser zu erreichen.
Daher kann das Kochen eines Eimers Wasser mit Alkohol viel Zeit in Anspruch nehmen, was diese Methode unpraktisch und ineffizient macht.
Wechselwirkung von Stoffmolekülen
Die Anziehungskraft von Molekülen ist eine schwache Kraft, die als Van-der-Waals-Kräfte bezeichnet wird. Sie sind auf vorübergehende Unterschiede in der Verteilung der Elektronenhülle des Moleküls zurückzuführen und führen zur Bildung kleiner Dipole, die benachbarte Moleküle anlocken.
Die Abstoßung von Molekülen tritt auf, wenn sich die Moleküle einander um einen Abstand nähern, der kleiner als ein bestimmtes kritisches ist. In dieser Entfernung beginnen sich abstoßende Kräfte zu manifestieren, die eine weitere Annäherung der Moleküle verhindern.
Die Bewegung der Moleküle einer Substanz erfolgt aufgrund der thermischen Bewegung, die durch Schwingungen und Rotationen der Moleküle verursacht wird. Diese Bewegung ermöglicht es den Molekülen einer Substanz, sich im Raum zu bewegen.
Beim Kochen von Wasser auf Alkohol tritt die Wechselwirkung von Wassermolekülen mit Alkoholmolekülen auf. Alkoholmoleküle haben schwächere Van-der-Waals-Kräfte, so dass sie Wassermoleküle nicht effektiv anlocken und ihre Struktur stören können. Infolgedessen kocht das Wasser nicht auf Alkohol.
Die Wechselwirkung von Molekülen einer Substanz spielt eine wichtige Rolle bei der Erklärung einer Reihe physikalischer Phänomene, insbesondere der Phasenänderung einer Substanz, ihrer Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit.
Polarität von Wasser- und Alkoholmolekülen
Wassermoleküle (H2O) bestehen aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Diese Struktur macht das Wassermolekül polar. Oxygen hat eine größere Elektronegativität als Wasserstoff, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Elektronendichte führt. Dadurch entsteht eine positive Ladung an den Wasserstoffatomen und eine negative Ladung am Sauerstoffatom. Wassermoleküle bilden Wasserstoffbindungen, ziehen sich gegenseitig an und bilden eine Struktur mit starken intermolekularen Kräften.
Im Gegensatz dazu Alkoholmoleküle (wie Ethanol - C2H5OH) haben eine komplexere Struktur. Es enthält auch Wasserstoff- und Sauerstoffatome, aber ein Kohlenstoffskelett ist dazwischen vorhanden. Alkoholmoleküle haben kein so starkes elektronisches Ungleichgewicht wie Wassermoleküle und daher ist ihre Polarität viel niedriger.
Polare Moleküle interagieren besser mit anderen polaren Molekülen und bilden intermolekulare Kräfte, die sie zusammenhalten. Dies bedeutet, dass Wassermoleküle in der Lage sind, Wasserstoffbindungen miteinander zu bilden, was die Stabilität und den hohen Siedepunkt dieser Verbindung gewährleistet.
Wenn wir versuchen, einen Eimer Wasser mit Alkohol zu kochen, ist das entstehende Feuer normalerweise zu schwach, um genügend Energie auf die Wassermoleküle zu übertragen und sie in einen gasförmigen Zustand zu versetzen. Polare Wassermoleküle haben eine höhere Bindungsenergie und benötigen mehr Energie, um die Anziehungskräfte zu überwinden und in einen dampfenden Zustand zu gelangen.
Aufgrund der unterschiedlichen Polarität der Wasser- und Alkoholmoleküle ist die durch die Verbrennung von Alkohol freigesetzte Energie Gorenje daher nicht ausreichend, um einen Eimer Wasser zu kochen.
Die Anziehungskraft von Molekülen und die Kraft der intra- und intermolekularen Wechselwirkung
Die Moleküle einer Substanz wie Wasser befinden sich in ständiger Bewegung und interagieren miteinander. Diese Wechselwirkungen bestimmen die physikalischen Eigenschaften einer Substanz und beeinflussen ihr Verhalten.
Intramolekulare Kräfte umfassen Kräfte, die innerhalb eines Moleküls wirken und seine Struktur und Eigenschaften bestimmen. Wasser bildet zum Beispiel polare Moleküle, bei denen sich die positive Ladung auf Wasserstoff und die negative Ladung auf Sauerstoff konzentriert. Diese polaren Bindungen erzeugen Anziehungskräfte innerhalb des Moleküls.
Intermolekulare Kräfte hingegen wirken zwischen den Molekülen und bestimmen ihre gegenseitige Anordnung und Bewegung. Wasser hat Van-der-Waals-Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen, die sein Verhalten beim Erhitzen beeinflussen.
Wenn Wasser mit Alkohol erhitzt wird, wird Energie auf die Moleküle übertragen, wodurch ihre kinetische Energie erhöht und eine stärkere Bewegung verursacht wird. Die intermolekularen Anziehungskräfte des Wassers widerstehen dieser Bewegung jedoch, was es schwierig macht, sie auf Alkohol zu kochen.
Der Alkohol, auf dem das Wasser erhitzt wird, liefert keine ausreichend hohe Temperatur, um die intermolekularen Kräfte des Wassers zu überwinden. Daher wird das Wasser auf dem Alkohol nur erhitzt, erreicht aber nicht den Siedepunkt, an dem die Anziehungskraft zwischen den Molekülen überwunden wird und sich Wasserdämpfe bilden.
Daher sind die Anziehungskraft von Molekülen und die Kraft der intra- und intermolekularen Wechselwirkung von Wasser der Hauptgrund, warum man in der Physik der Klasse 8 keinen Eimer Wasser auf Alkohol kochen kann.
