|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Контекст: Конденсация и облака
|
Ключевые слова:
испарение, конденсация, насыщенность, формирование частиц | |
 |
|
|
1. ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО ЖИДКОСТЬ ГАЗ
Вещество может иметь три различных состояния.
График: заимствован из NASA.
|
Мы знаем, что вода и другие химические вещества могут менять свои агрегатные состояния. Лед превращается в воду, в точке плавления, вода – в пар, в точке кипения. Мы также знаем, что вода может испаряться при намного низких температурах, чем точка кипения. Химические соеденения в атмосфере не только изменяют физические состояния, но также вступают в химические реакции. В воздухе химически сформированное соединение может быть в газовой фазе, хотя обычно оно было бы твердым при данной температуре. Что случается с такими соединениями, которые имеют намного более низкое давление пара и более высокую точку кипения, чем вода?
|
|
 |
|
|
2. Конденсация влажного воздуха в более прохладных высотах приводит к формированию облаков и иногда дождя. Нажмите для увеличения! (325 K)
© Earth Science Australia
|
|
Такие отдельные молекулы сразу не падают на землю, но планируют в воздухе и могут столкнуться с другими большими молекулами, остаться с ними и формировать парные молекулы. Последние могут встретить другие большие молекулы, слиться с ними и, наконец, сформировать кластер. Это первый шаг “нуклеации” и формирования частицы. Мы можем сказать, что это процесс ресублимации или конденсации, но он намного сложнее, так как при этом могут быть вовлечены различные химические примеси.
Если большие твердые или жидкие группы молекул планируют в воздухе, мы называем их частицами аэрозоля. Если они состоят из воды в твердой или жидкой фазе, мы называем их не частицами аэрозоля, а ледяными кристаллами или капельками. Чем меньше частицы, тем дольше они могут оставаться в воздухе перед тем как упадут на землю. Мы всегда окружены жидкими или твердыми частицами, планирующими в атмосфере.
|
|
 |
|
|
3. Частицы сажи собраны на фильтре (большие черные дыры – поры фильтра).
Не все частицы химически формируются в воздухе. Некоторые твердые вещества непосредственно попадают в атмосферу: пыль от пыльной бури, сажа от автомобилей, соли от испаряющихся морских брызг. Нажмите для увеличения! (80 KB)
© Max Planck Instiute for Chemistry Mainz - AG Helas
|
|
 |
|
|
4. a) Две молекулы воды (H2O), столкнувшиеся в атмосфере, могут слабо держаться друг друга, так как их внутренняя энергия (изображенная в символической форме желтыми стрелками), отталкивает одну молекулу от другой.
|
|
|
Испаряющаяся в воздух вода вызывает увеличение влажности. Воздух определенной температуры может принять только ограниченное количество воды, после чего он будет насыщен влагой. Относительная влажность в этом случае – 100 %. Чем холоднее воздух, тем меньше воды необходимо ему для насыщения. Это означает, что если очень влажный и теплый воздух поднимется выше, в более прохладные высоты, точка насыщения может быть превышена и будет иметь место конденсация и формирование облаков(см. рис.2). Но облака формируются не только из воды. |
 |
|
|
4. b) При сталкивании молекул воды с частицей, их энергия может быть преобразована в небольшую вибрацию или направлена на деформацию частицы. Чаще всего молекулы воды прилипают к поверохности частицы. Аннимация: © Элмар Ухерек
|
|
|
Водные молекулы принимают много энергии в течение испарения. Если молекулы сталкиваются в воздухе, хоть и насыщеном влагой, они имеют слишком много энергии, чтобы держаться друг друга. Ни одна из молекул не может избавиться от энергии в таком столкновении и отталкиваются друг от друга. В абсолютно свободном от частиц воздухе, облака не сформировались бы, если насыщенность воздуха была бы даже 200 %. Но в действительности, воздух всегда содержит частицы аэрозоля. Молекулы воды сталкиваются с этой частицей, отдают большую часть энергии частице и прилипают к ее поверхности. Все больше молекул воды делает то же самое и, наконец, окружают частицу слоем воды. Капелька растет. Множество капелек формируют туманы и облака.
|
|
|
|
