液化(liquefaction)是指物质由气态转变为液态的过程,气体液化时要放热。实现液化有两种手段,一是降低温度,二是压缩体积。临界温度是气体能液化的最高温度。由于通常气体液化后体积会变成原来的几千分之一,便于贮藏和运输,所以现实中通常对一些气体(如氨气、天然气)进行液化处理,由于这两种气体临界点较高,所以在常温下加压就可以变成液体,而另外一些气体如氢、氮的临界点很低,在加压的同时必须进行深度冷却,就叫液化。
定义
物质由气态转变为液态的过程叫做液化。
液化是放热过程。反之, 汽化 是吸热过程。
液化放热实例:
(1)被100℃的 蒸汽 烫伤比100℃的开水烫伤往往要严重得多——水蒸气液化时要放出大量的热;
(2)冬天往手上哈气——口腔哈出的水蒸气液化放热,让手变暖;
(3)用 水壶 烧水时壶口上的白气——水蒸气液化成的小水滴。
实现方式
1.液化的两种主要方式:方式一:降低温度(一切气体一切温度);方式二:压缩体积(某些气体一定温度<一般为常温,特殊的须先降温再压缩体积>)。
2.任何气体在温度降到足够低时都可以液化; 在一定温度下,压缩气体的体积也可以使某些 气体液化 (或两种方法兼用)。
3.降低温度的方法是万能的,降到足够低时都可以液化。但压缩体积时,如果气体温度高于其临界温度,则无法压缩使其液化。
降低温度举例
A.白气
特别注意:“白气”不是 蒸汽 ,水蒸气是 看不见摸不着 的,看见了就不是水蒸气!!
下面所列举的“白气”都是 水蒸气降低温度液化形成的小水滴悬浮在空气中 形成的。
夏天: 棒冰 冒白气,空调冒白气,开冰箱冒白气
冬天:井水冒白气 冬晨的大雾 冬天呼白气 冬天湖面上冒白气
日常: 火箭发射 时发射塔下冒白气 炒菜的锅冒白气 烧开水冒白气
两个房间都把水烧开,可根据白气判断房间温度的高低
B.出汗
原因:水蒸气遇冷,温度降低液化成的小水珠附在物体上
从冰箱中拿出的啤酒、饮料出汗 夏天自来水管出汗 从冰箱中拿出的香烟、茶叶会出汗(不要马上打开,防止受潮)夏天街道上盛 冰饮 的容器外壁出汗 清晨的露水
C.模糊
原因: 蒸汽 遇冷,温度降低液化成的小水珠附在物体上
喝开水、吃饭时镜片模糊
冬天晚上,晚自习回家后,镜片模糊
夏天,空调房里出来后镜片模糊 冬天晚自习时教室玻璃模糊(小水珠在玻璃窗内)
夏天空调房间里的玻璃可能模糊(小水珠在玻璃窗外)
医生检查口腔时要把放入口腔中的小镜子烤一下,以避免口中水蒸气液化模糊镜面
压缩体积举例
例1:家用 液化石油气 就是在常温下利用压缩气体体积的方法使它液化,并储存在钢罐里的,液化 氧气 是根据气体的 沸点 不同,把空气收集起来,达到各种沸点后分离出来。
例2:火箭上的液态燃料和 氧化剂 则是在相当低的温度下利用压缩气体体积的方法获得的。
例3:在冰箱的 冷凝器 内,从 压缩机 送来的 氟利昂 的蒸汽变成了液态,这是用压缩体积的方法使 气体液化 并放出热量.
实际应用
相对于气体,液化可减小体积(体积是气体体积的1/1000),便于贮存和运输。
易于液化的气体:氨气(NH3), 氯 (Cl2), 三氧化硫 (SO3)等。
形成机理
物质从气态变为液态的过程。液化是 汽化 的逆过程,是气体分子相互吸引而 凝结 成为液体。液化时物质放出热量。在临界温度以下的气体,都可以液化。液化可通过加压或冷却,或者加压与冷却并用的方法来实现。临界温度高于或接近于室温的气体,如 乙醚 、氯、氨、 二氧化硫 、 二氧化碳 和某些 碳氢化合物 ,在常温下压缩就可使之液化。临界温度很低的气体,如氧、氮、氢、氦等,须先冷却到它们的临界温度以下,再用等温压缩的方法使其液化。这些临界温度很低的气体,在19世纪上半世纪时,还没有办法使它们液化,当时人们曾称之为永久气体或真正气体。当人们认识到物质具有临界温度这一事实后,就努力提高低温技术,终于可以使所有的气体都液化了。在1884~1885年首次得到了液态氢。最后一个被液化的气体是氦,它是在1908年由K. 海克·昂内斯 在 荷兰 的莱顿城把它转变为液体的。1928年人们又把氦凝成了固体。临界温度高的气体的液化方法是,把它们放在 压缩机 里压缩,接着在 换热器 中冷凝。商业上使 气体液化 的方法是,经节流过程将高度压缩的气体冷却到室温,再绝热节流几次,直至冷却到液化为止。较先进和高效率的 压缩式制冷机 是往复式或涡轮型的扩张机或膨胀机,在这些设备中,压缩气体或在带有 活塞 的圆筒里,或在涡轮机里绝热膨胀,气体由于膨胀作功而被冷却和液化。氢、氦等气体的液化对现代科学技术的发展具有重要意义,例如液态氢和氧是现代火箭、 喷气发动机 常用的 高能燃料 和 助燃剂 , 液态氧 还应用于爆破工程。空气的液化可用于使空气的各种组成成分分离的技术中。