Kādi ir burbuļi verdošā ūdenī?

Burbuļi forma, kad jūs vārīts ūdens. Vai esat kādreiz domājuši, kas viņos ir iekšā? Vai citos verdošos šķidrumos veidojas burbuļi? Šeit apskatīts burbuļu ķīmiskais sastāvs, vai verdoša ūdens burbuļi atšķiras no tiem, kas veidojas citos šķidrumos, un kā vārīt ūdeni, neveidojot burbuļus.

Ātri fakti: verdoša ūdens burbuļi

Kad jūs pirmo reizi sākat vārīt ūdeni, redzamie burbuļi būtībā ir gaisa burbuļi. Tehniski tie ir burbuļi, kas veidojas no izšķīdušām gāzēm, kas iznāk no šķīduma, tāpēc, ja ūdens atrodas citā atmosfērā, burbuļi sastāv no šīm gāzēm. Normālos apstākļos pirmie burbuļi lielākoties ir slāpeklis ar skābekli un nedaudz argona un oglekļa dioksīds.

Turpinot ūdens sildīšanu, molekulas iegūst pietiekami daudz enerģijas, lai pārietu no šķidrās fāzes uz gāzveida fāzi. Šie burbuļi ir ūdens tvaiki. Kad redzat ūdeni pie vārīšanās vārīšanās, burbuļi ir pilnībā ūdens tvaiki. Ūdens tvaika burbuļi sāk veidoties kodolvietās, kas bieži ir sīkas gaisa burbuļi, tāpēc, sākoties ūdens vārīšanai, burbuļi sastāv no gaisa un ūdens tvaiku maisījuma.

Gan gaisa burbuļi, gan ūdens tvaika burbuļi paplašinās, jo tie paceļas, jo uz tiem ir mazāks spiediens. Šo efektu skaidrāk var redzēt, ja peldbaseinā pūš burbuļus zem ūdens. Burbuļi ir daudz lielāki, līdz tie nonāk virsmā. Ūdens tvaika burbuļi sāk pieaugt, jo temperatūra paaugstinās, jo vairāk šķidruma tiek pārveidots par gāzi. Gandrīz šķiet, it kā burbuļi nāk no siltuma avota.

Kamēr gaisa burbuļi paceļas un paplašinās, dažreiz tvaika burbuļi sarūk un izzūd, jo ūdens no gāzes stāvokļa mainās atpakaļ šķidrā veidā. Divas vietas, kur var redzēt burbuļu saraušanos, ir pannas apakšā tieši pirms ūdens vārīšanās un augšējā virsma. Burbuļa augšējā virsmā var saplīst un izdalīties tvaiki gaisā, vai arī, ja temperatūra ir pietiekami zema, burbulis var sarukt. Temperatūra verdoša ūdens virsmā var būt vēsāka nekā zemāks šķidrums enerģijas dēļ, ko absorbē ūdens molekulas, mainot fāzes.

Ja ļaujat vārītam ūdenim nekavējoties atdzist to vāra, jūs neredzēsit izšķīdušu gaisa burbuļu veidošanos, jo ūdenim nav bijis laika izšķīdināt gāzi. Tas var radīt drošības risku, jo gaisa burbuļi pietiekami izjauc ūdens virsmu, lai novērstu tā eksplozīvu viršanu (pārkaršanu). To var novērot ar mikroviļņu ūdens. Ja jūs vārāt ūdeni pietiekami ilgi, lai gāzes varētu izplūst, ļaujiet ūdenim atdzist un pēc tam nekavējoties to atkal vāriet, ūdens virsmas spraigums var novērst šķidruma viršanu, pat ja tā temperatūra ir augsta pietiekami. Pēc tam trauka sasitšana var izraisīt pēkšņu, vardarbīgu vārīšanos!

Viens no izplatītākajiem nepareiziem uzskatiem ir uzskats, ka burbuļi ir izgatavoti no ūdeņraža un skābekļa. Kad ūdens vārās, tas maina fāzi, bet ķīmiskās saites starp ūdeņraža un skābekļa atomiem nesadalās. Vienīgais skābeklis dažos burbuļos nāk no izšķīduša gaisa. Gāzes ūdeņraža nav.

Ja jūs vārāt citus šķidrumus, izņemot ūdeni, tas pats efekts rodas. Sākotnējie burbuļi sastāvēs no visām izšķīdušām gāzēm. Temperatūrai tuvojoties šķidruma viršanas temperatūrai, burbuļi būs vielas tvaika fāze.

Lai gan jūs varat vārīt ūdeni bez gaisa burbuļiem, vienkārši to atkārtoti vārot, jūs nevarat sasniegt viršanas punktu, neiegūstot tvaika burbuļus. Tas attiecas uz citiem šķidrumiem, ieskaitot izkausētus metālus. Zinātnieki ir atklājuši burbuļu veidošanās novēršanas metodi. Metodes pamatā ir Leidenfrosta efekts, ko var redzēt, uz karstas pannas izkaisot ūdens pilītes. Ja ūdens virsma ir pārklāta ar ļoti hidrofobu (ūdeni atgrūdošu) materiālu, veidojas tvaika spilvens, kas novērš burbuļošanu vai sprādzienbīstamu viršanu. Šai tehnikai nav daudz pielietojuma virtuvē, taču to var izmantot citiem materiāliem, potenciāli samazinot virsmas vilkšanu vai kontrolējot metāla sildīšanas un dzesēšanas procesus.