(1, natuurkunde) is de verdichting van dampen, totdat zij in de vloeibare toestand overgaan (z gassen en dampen). Condensatie kan ook zonder verdichting teweeggebracht worden door temperatuurverlaging.
In een volkomen stofvrij vat treedt condensatievertraging op, doordat de zeer kleine druppeltjes, die in de aanvang moeten ontstaan, een hogere dampdruk hebben dan grote druppels. Ze houden dus tegen fluctuaties moeilijker stand en groeien aanvankelijk ook moeilijker dan wanneer ze eenmaal over een kritieke grootte (< 0,1 𝜇) heen zijn. Men voorkomt de vertraging, althans gedeeltelijk, door in het vat condensatiekernen te brengen in de vorm van stofdeeltjes of ionen (z Wilson).(2, scheikunde) is een verbinding van twee moleculen onder afsplitsing van een klein molecule, water, zoutzuur, alkohol e.d. Katalysatoren moeten deze afsplitsing vergemakkelijken; voor water dikwijls tertiaire aminen als trimethylamine, dimethylaniline of pyridine, voor zoutzuur aluminiumchloride, ferrichloride of zinkchloride. Zo is bijv. een condensatiereactie de reactie van de carbonylgroep in aldehyden of ketonen met een actieve methyleengroep
>C = O + H2C< -> >C = C< + H2O.
De methyleengroep reageert alleen als zij gebonden is aan zgn. negatieve groepen, die haar waterstofatomen activeren.
Diverse typen condensatiereacties dragen in de organische chemie eigen namen, zo de acetylazijnester synthese, de aldolcondensatie, de malonestersynthese, de synthese van Perkin enz. Pyrocondensaties zijn condensaties, die bij hogere temperatuur verlopen. Bevat eenzelfde molecule de twee verschillende groepen, die voor de condensatie nodig zijn, of brengt men bij elkaar moleculen, die ieder tweemaal de benodigde groepen bevatten, dan kunnen hierdoor ringvormige moleculen, óf zullen er zeer langgerekte moleculen ontstaan (polycondensaties). Bevatten de moleculen de actieve groepen meer dan tweemaal, dan vormen zich zeer ingewikkelde netten met allerlei dwarsverbindingen.
Vandaar, dat condensatie (naast polymerisatie) een van de bouwmethoden van de hoogmoleculaire kunststoffen is.
DR J. VAN ALPHEN
(3, meteorologie) noemt men de overgang van de steeds in de lucht aanwezige waterdamp in vloeibaar water. Men dient daarbij op natuurkundige gronden wel te onderscheiden tussen de condensatie, die plaats vindt op vaste voorwerpen en de condensatie, die in de atmosfeer zelf plaats vindt in de vorm van kleine druppeltjes. Het eerste geval kan zich voordoen wanneer water condenseert tegen een horizontaal oppervlak (dauw) of tegen een verticaal oppervlak (beslag). Het tweede geval nemen wij waar bij het ontstaan van mist en wolken. Voor het eerste geval is het voldoende te veronderstellen, dat het water bij een relatieve vochtigheid beneden ioo pct uitsluitend in dampvorm voorkomt, terwijl bij ioo pct, dat is bij zgn. verzadigde lucht, de condensatie begint; in het tweede geval, het ontstaan van mist en wolken, blijkt het condensatieproces ingewikkelder te zijn.
De evenwichtsdampspanning boven een wateroppervlak blijkt nl. behalve van de temperatuur, ook sterk af te hangen van de kromming van het wateroppervlak, en wel zo, dat boven een bol oppervlak deze dampspanning hoger is dan boven een vlak oppervlak. Deze dampdruk-verhoging is sterker naarmate de kromming van het oppervlak groter is of wanneer het de dampspanning boven bolvormige druppeltjes betreft, wanneer de straal van het druppeltje kleiner is. Uit deze overwegingen volgt, dat het zeer onwaarschijnlijk moet worden geacht, dat een waterdruppeltje, een conglomeraat van enige tientallen moleculen in eerste instantie, spontaan in de atmosfeer zal ontstaan. Zowel de theorie als door C.
T. R. Wilson uitgevoerde experimenten tonen inderdaad aan, dat condensatie van waterdamp tot waterdruppeltjes in zuivere lucht eerst plaats vindt bij een relatieve vochtigheid van meer dan 400 pct. Aangezien enerzijds dergelijke hoge relatieve vochtigheden niet in de atmosfeer worden aangetroffen, terwijl anderzijds toch wolken en mist kunnen ontstaan, moeten hierbij dus andere factoren een rol spelen.
Het ligt voor de hand, te veronderstellen dat het ontstaan van wolken en mist zal worden bevorderd door de aanwezigheid van in de atmosfeer zwevende deeltjes. Wanneer immers de condensatie op deze deeltjes begint is de aanvangskromming van de zo ontstane druppeltjes al direct groter dan het geval is bij condensatie in zuivere lucht, zodat een minder grote oververzadiging van de waterdamp nodig is. Men is er in de laatste tientallen jaren ook in geslaagd de aanwezigheid van dergelijke condensatiekernen in de atmosfeer overtuigend aan te tonen. Deze kernen hebben een diameter van 106 — 105 cm, dus aanmerkelijk groter dan die van waterdampmoleculen, welke ca 10-8 cm bedraagt.
Niettemin zijn de omstandigheden voor het condenseren nog gunstiger dan uit het voorgaande bleek. De dampspanning boven de condensatiekernen wordt nl. nog verder gereduceerd ten gevolge van de electrische lading, die vele conden-
satie-kernen bezitten en vooral ten gevolge van het feit, dat de condensatiekernen hygroscopisch zijn. Zij bestaan in het algemeen uit kleine waterdruppeltjes waar een kleine hoeveelheid van een zuur of een zout in is opgelost. Boven dergelijke oplossingen treedt een dampdrukverlaging op volgens de wet van Raoult.
Bij voldoend grote concentratie van de opgeloste stof kunnen zeer kleine druppeltjes blijven bestaan bij relatieve vochtigheden beneden ioo pct. In de figuur is aangegeven de invloed van de kromming en die van 5x10-20 g opgelost H2S04 op de relatieve vochtigheid waarbij een druppel van bepaalde diameter in evenwicht is met de hem omringende damp. De dikke kromme geeft het resulterend effect aan van kromming en opgelost H2S04. Het blijkt uit de figuur, dat bij een diameter beneden 0,8.10-6 cm de kern uitsluitend kan aangroeien bij vergroting van de relatieve vochtigheid.
Bezit de kern eenmaal een diameter van 0,8.10-6 cm dan vindt de aangroeiing spontaan plaats; immers de relatieve evenwichtsvochtigheid ligt bij een aangroeiing van de kern in dit gebied steeds beneden de heersende relatieve vochtigheid. De kern groeit onder deze omstandigheden tot een wolkenelement met een diameter van 10-4 tot 10-3 cm. Het resultaat van de aanwezigheid van de condensatiekernen is dus, dat de condensatie bij een relatieve vochtigheid van slechts weinig meer dan 100 pct plaats vindt, terwijl de groeiende druppels zoveel waterdamp tot zich nemen, dat ten slotte de relatieve vochtigheid tot 100 pct nadert. Dit betekent bijv. dat men voor thermodynamische beschouwingen de klassieke opvatting, dat condensatie bij 100 pct relatieve vochtigheid plaats vindt, ook op de vrije atmosfeer als voldoende benadering mag toepassen.
Het onderzoek naar het aantal condensatiekernen, dat in de atmosfeer voorkomt heeft vooral plaats gevonden met behulp van zgn. kerntellers, dit zijn apparaten waarin een hoeveelheid verzadigde atmosferische lucht snel wordt geëxpandeerd waardoor ze afkoelt en condensatie op de aanwezige condensatiekernen plaats vindt. De zo ontstane druppeltjes worden dan geteld. Uit een groot aantal waarnemingen is gebleken, dat het aantal condensatiekernen afhangt van de plaats waar de metingen worden verricht, terwijl dit aantal bovendien van dag tot dag sterk kan variëren. Zo vond men uit een groot aantal waarnemingen in steden een gemiddeld aantal kernen van 147 000 per cm3 met een maximum aantal van 4 000 000 en een minimum van 3500.
Boven zee gaven de metingen respectievelijk 940, 39 800 en 2 condensatiekernen per cm3.
Het is gebleken, dat het ontstaan van condensatiekernen vooral aan twee oorzaken moet worden toegeschreven. Voor een gedeelte bestaan ze uit zeer kleine druppeltjes zeewater,die in de atmosfeer komen door het stukslaan van golftoppen, bijv. in de branding. Voor een ander gedeelte bestaan de condensatiekernen uit hygroscopische stoffen, die in de atmosfeer komen als gevolg van industriële processen. Deze condensatiekernen bestaan vooral uit oplossingen van zwavelzuur.
Een voorbeeld van een dergelijke kernproductie vindt men bij de verbrandingsprocessen in een benzinemotor. In Parijs werd waargenomen, hoe onmiddellijk na het passeren van een auto het aantal kernen van 40 000 per cm3 tot 100 000 per cm3 toenam.
Bij temperaturen beneden 0 gr. C. bestaat de mogelijkheid, dat waterdamp direct in ijskristalletjes overgaat. Men noemt dit proces in de meteorologie sublimatie en het niveau in de atmosfeer waarboven (de temperatuur neemt immers met toenemende hoogte af) sublimatie begint voor te komen het ijskiemniveau. Naast de sublimatie blijft ook condensatie bij temperaturen beneden 0 gr. C. plaats vinden.
Het gezamenlijke voorkomen van druppeltjes en ijskristalletjes is zelfs een voorwaarde voor het ontstaan van belangrijke neerslag, althans op gematigde breedte. Om dezelfde redenen als de aanwezigheid van condensatiekernen nodig is voor het condenseren, zijn voor sublimatie sublimatiekernen noodzakelijk. Deze bestaan uit ijskristalletjes, die door bevriezing van condensatiekernen of kleine druppeltjes ontstaan (z sublimatie).
Toevoer van waterdamp speelt een rol bij het ontstaan van de uit de oorlog bekende vliegtuigwolken (z wolken). Ook arctische zeerook ontstaat door toevoer van waterdamp aan koude lucht (z mist). Wanneer regendruppels door een luchtlaag vallen, die een lagere temperatuur heeft dan de regen, kan in de lucht de relatieve vochtigheid eveneens toenemen tot er condensatie optreedt (z mist en wolken).
DR F. H. SCHMIDT
Lit.: G. C. Simpson, On the formation of cloud and rain, Quart. Journ. of the Roy.
Meteor. Soc. Vol. 67 (1941), blz. 99-133; H. Landsberg, Atmospheric condensation nuclei, in Ergebn. d. kosm.
Physik, Bd III (Leipzig 1938); H. Burckhardt en H. Flohn, Die atmosphar. Kondensationskeme (Berlin 1939).
Voor de thermodynamische processen samenhangend met condensatie en sublimatie in de atmosfeer: J. Holmboe, C. E. Forsythe en W.
Gustin, Dynamic Meteorology (New York 1945).
(4, techniek). Het condensatie-proces vindt in de techniek veel toepassing. In de moderne stoomcentrales wordt op grote schaal waterdamp gecondenseerd als onderdeel in het kringproces dat het water doorloopt, als het achtereenvolgens door de ketel, de stoomturbine en de condensor gaat.
James Watt heeft deze bouwwijze van de stoommachine met een afzonderlijke condensor in 1785 uitgevonden. Deze condensors worden onder de stoomturbine geplaatst en bevestigd aan de uitlooppijpen van de turbine, zodat zij daarmede een geheel vormen.
Zij bestaan uit een groot, luchtdicht vat, meestal in de gedaante van een rechte cylinder met platte eindvlakken. Tussen deze vlakken zijn vele duizenden rechte pijpjes aangebracht, ca 20 mm in middellijn, met een wanddikte van 1 mm en een lengte van 4 à 5 m; ze zijn uit messing gemaakt en vormen te zamen een groot koelend oppervlak, van bijv. 3000 m2. De afgewerkte stoom die uit de turbine stroomt, komt in de condensor in aanraking met de buitenkant van de messing pijpjes en condenseert daar snel omdat dóór de pijpjes koud water stroomt. Door de condensatie ontstaat een vacuum, daar 1 kg water veel minder ruimte inneemt dan 1 kg waterdamp.
De absolute druk in de condensor bedraagt bijv. 25 mm kwikkolom of 0,033 atmosfeer, bij welke druk de verzadigde stoom een temperatuur heeft van 25 gr. C. Deze waarden van temperatuur en druk bepalen de onderste grens van het kringproces dat het water doorloopt. Bij de condensatie komt de verdampingswarmte vrij; ze moet door het koelend oppervlak der messingpijpjes worden opgenomen en doorgeleid naar het snelstromende koelwater, dat met verhoogde temperatuur wegvloeit.
De temperatuursverhoging van het koelwater is geringer naarmate per kg te condenseren stoom méér kg koelwater door de condensor stroomt. Het koelwatervoud wordt hoog opgevoerd om de temperatuur en de druk in de condensor laag te houden. Als bijv. 70 kg koelwater van 15 gr. C. per kg te condenseren stoom wordt doorgevoerd, kan een vacuum van 96 pct worden bereikt (25 mm kwikkolom of 0,033 kg/cm, bij 760 mm barometerstand).
Met de te condenseren stoom komt een kleine hoeveelheid lucht in de condensor, die niet gecondenseerd kan worden en het vacuum bederft en dus met een luchtpomp moet worden verwijderd.
De condensor moet zorgvuldig geconstrueerd worden om de lucht te kunnen scheiden van de waterdamp en de condensatie met gering verlies aan arbeid van de hulpwerktuigen te doen verlopen. Behalve oppervlak-condensors, waarbij het condensaat in een gesloten systeem naar de ketel wordt teruggevoerd, worden in de stoommachinepractijk ook zgn. mengcondensors gebruikt, waarbij de afgewerkte stoom in aanraking komt met het koelwater, daarin condenseert en wegvloeit.
PROF. IR F. WESTENDORP.
