蒸発

See also: 気体の運動論

液体の分子が蒸発するためには、表面近くに位置し、適切な方向に移動し、液相の分子間力に打ち勝つのに十分な運動エネルギーを持っていなければなりません。 これらの条件を満たす分子の割合が少ないと、蒸発の速度は低くなる。 また、分子の運動エネルギーは温度に比例するため、温度が高いほど蒸発の速度は速くなる。 動きの速い分子が逃げると、残った分子の平均運動エネルギーが小さくなり、液体の温度が下がる。 この現象は「蒸発冷却」とも呼ばれる。 また、気相と液相の間の流速が大きいほど、また蒸気圧が高いほど、蒸発が早くなる傾向がある。 また、気相と液相の間の流量が多いほど、また蒸気圧が高いほど、蒸発が早くなる傾向がある。例えば、洗濯物を干す場合、風の強い日の方が、静かな日よりも早く乾く(蒸発する)。

分子レベルでは、液体状態と蒸気状態の間に厳密な境界はありません。

分子レベルでは、液体と蒸気の厳密な境界はなく、相が定まらない「クヌードセン層」が存在します。

一定の気体中で一定の温度で目に見えて蒸発しない液体(例えば、室温の食用油)は、分子が互いにエネルギーを伝え合う傾向がなく、分子が蒸気になるのに必要な熱エネルギーを頻繁に与えることができません。 しかし、これらの液体は蒸発しています。

蒸発平衡

水の蒸気圧と温度の関係。 760Torr=1atm。

密閉された場所で蒸発が行われると、逃げ出した分子は液体の上に蒸気として蓄積されます。 蒸発した分子の多くは液体に戻りますが、蒸気の密度や圧力が高くなると戻る分子の数も多くなります。 逃げたり戻ったりのプロセスが平衡に達したとき、その蒸気は「飽和」したといい、それ以上、蒸気の圧力や密度、液体の温度が変化することはない。 純粋な物質の蒸気と液体からなる系では、この平衡状態は、クラウジウス-クラペイロンの関係で与えられるように、その物質の蒸気圧に直接関係しています。

ln ( P 2 P 1 ) = – Δ H v a p R ( 1 T 2 – 1 T 1 ) {˶ˆ꒳ˆ˵ ) =-{˶ˆ꒳ˆ˵ ) =-{˶ˆ꒳ˆ˵ )

\ln \left( ˶ˆ꒳ˆ˵ ) = - ˶ˆ꒳ˆ˵ ( ˶ˆ꒳ˆ˵ ) }{ R }

ここで、P1, P2はそれぞれ温度T1, T2における蒸気圧、ΔHvapは気化のエンタルピー、Rは普遍気体定数です。 開放系での蒸発速度は、閉鎖系での蒸気圧と関係があります。

液体の分子が蒸発する能力は、個々の粒子が持つ運動エネルギーの大きさに大きく依存します。

液体の分子が蒸発できるかどうかは、個々の粒子が持つ運動エネルギーの大きさに大きく依存しています。

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