Aurustumine: vedeliku aurustumise definitsioon, mehhanism ja näited

Aurustumine: lihtne ja selge ülevaade vedeliku aurustumise definitsioonist, mehhanismist ja praktilistest näidetest — teaduslikult arusaadav ja igapäevaseks kasutuseks.

Aurustumine on see, kui vedelik muutub gaasiks, ilma et vedeliku mahus moodustuksid mullid. Kui tekivad mullid, siis räägime hoopis "keemisest".

Näiteks kaussi jäetud vesi kaob aeglaselt. Vesi aurustub veeauruks, vee gaasifaasiks. Veeaur seguneb õhuga.

Aurustumise vastandiks on kondenseerumine.

Kui molekule vedelikus kuumutatakse, liiguvad nad kiiremini. See muudab nad energiarikkaks ja nii põrkuvad osakesed üksteisega kokku ning lõpuks lähevad nad üksteisest nii kaugele, et muutuvad gaasiks.

Mis toimub aurustumisel ja kuidas see töötab?

Aurustumine toimub peamiselt vedeliku pinnal. Iga vedeliku molekulil on erinev kiirus ja seega erinev kineetiline energia — see järgneb Maxwell–Boltzmanni kiirusejaotusele. Mõned pinnal olevad molekulid omavad piisavalt suurt energiat, et üle saada vedelikku siduvatest molekulaarjõududest (nt veemolekulide vahelised vesiniksidemed) ja lahkuda gaasifaasi. See protsess nõuab energiat — nii-öelda aurustumissooja ehk aurustumise erisoojust.

Mõjurid, mis mõjutavad aurustumise kiirust

• Temperatuur: kõrgem temperatuur suurendab molekulide keskmist energiat ja seega ka aurustumise kiirust.
• Pinnapind: suurem pindala tähendab rohkem molekule pinnal ja kiiremat aurustumist (näiteks peenem tilk või laialivalgunud veeplaat aurustub kiiremini kui sama maht kompaktset vett).
• Õhu niiskus: kui õhk on juba lähedal küllastusele (kõrge suhteline niiskus), aurustub vedelik aeglasemalt, sest õhk ei talleta juurde palju veeauru.
• Õhu liikumine: tuuline või ventileeritud keskkond eemaldab pinnalt tekkiva veeauru, vähendades kohaliku küllastuse taset ja kiirendades aurustumist.
• Rõhk: madalam atmosfäärirõhk soodustab aurustumist (näiteks kõrgmäestikus vee keemistemperatuur langeb).
• Vedeliku omadused: erinevatel ainetel on erinev aurumisvõime (volatiilsus) ja erinev aurustumissoojus — alkohol aurustub tavaliselt kiiremini kui vesi).

Dünaamikad suletud ja avatud süsteemis

Avatud tingimustes (näiteks vesi avatud kausis) aurustub vedelik seni, kuni vedelikku pole enam või kuni tingimused muutuvad. Suletud anumas kujuneb kiiresti välja tasakaal, kus aurustumine ja kondenseerumine toimuvad sama kiirusega — see teeb aururõhust rääkides aktuaalseks mõiste ideaalne aururõhk ehk küllastunud aururõhk. Kui küllastunud aururõhk on saavutatud, netoaurustumine peatub.

Erinevus aurustumise ja keemise vahel

• Aurustumine: toimub pinnal ja võib toimuda kõigil temperatuuridel (ka alla vedeliku keemistemperatuuri).
• Keemine: toimub kogu vedeliku mahus, tekivad mullid ja see algab siis, kui vedeliku sisemine rõhu (aururõhu) väärtus võrdub ümbritseva rõhuga — tavaliselt nimetatakse seda keemistemperatuuriks.

Näited ja igapäevased rakendused

• Pesu kuivamine — riide niiskuse kadumine aurustumise kaudu.
• Higistamine — keha jahutamine, sest naha pealt aurustuv higi võtab endaga soojust (seega aurustumine jahutab).
• Esteetilised ja majapidamisprotsessid — näiteks lõhnaainete ja terpentiini aurustumine.
• Tööstuslikud protsessid — kuivatamine, destilleerimine (aurustumine + kondenseerumine), jahutid ja kliimaseadmed, kus aurustumine mängib keskset rolli.
• Hüdroloogiline ringlus — veestik mullistamisel ja maapinnalt aurustumisel tekib veeaur, mis hiljem kondenseerub pilvedeks.

Energianõuded ja mõõtühikud

Aurustumine nõuab energiat, mida nimetatakse aurustumissoojuseks (latent heat of vaporization). See näitab, kui palju energiat on vaja ühe massiühiku (nt 1 kg) vedelikku muuta auruks ilma temperatuuri muutmata. Näiteks vee aurustumissoojus on umbes 2,26·10^6 J/kg (≈2260 kJ/kg) keemistemperatuuril; madalamatel temperatuuridel võib see väärtus olla veidi suurem.

Aurustumise kiirust kirjeldatakse näiteks massikao kiirusega (kg/s või kg/m²·s). Mõõtmistes kasutatakse sageli ka evapo-panni (evaporation pan) andmeid ja mudeleid, mis kombineerivad temperatuuri, tuule ja niiskuse parameetreid.

Kokkuvõte

Aurustumine on pindmine protsess, mille tõttu vedelik muutub gaasiks ilma mulli­vormita. Selle juhtimist mõjutavad temperatuur, pinnapind, õhu niiskus, õhu liikumine, rõhk ja vedeliku enda omadused. Aurustumisel on tähtis roll looduses (vee ringlus), inimkehas (higistamine) ja tehnoloogias (kuivatamine, jahutus, destilleerimine).

Küsimused ja vastused

K: Mis on evangeelium?

K: Kuidas saab vahet teha aurustumisel ja keemisel?

K: Kas te saate tuua näite aurustumise kohta?

K: Mis on vee gaasifaas?

K: Mis on aurustumise vastand?

K: Mis juhtub vedeliku molekulidega, kui seda kuumutada?

K: Mis viib gaasi tekkimiseni vedelikus?

Otsing