相变：汽化和凝结

在液体中，当分子的热运动 克服了将分子保持在一起的分子间作用力时，分子就会摆脱束缚，并进入气态。这种从液体到气体的转变称为蒸发，可以在两种情况下发生：不沸腾或沸腾。在非沸腾情况下，蒸发 只发生在液体的表面和 沸点以下。这叫做表面蒸发，在液相本体中 不会形成汽泡的情况下发生。相比之下，如果在液体的沸点下发生蒸发，则在液相本体中会形成汽泡，该过程称为沸腾。沸腾不是表面现象，而是发生在液体内部的所有位置。蒸发是一个依赖于温度的 吸热过程：提供的热量越大，蒸发速率越高。蒸发一摩尔液体所需的能量 称为摩尔蒸发热 或摩尔蒸发焓。由于蒸发是吸热过程，因此其焓值始终为正。分子间作用力会影响 摩尔蒸发焓。例如，由于水分子之间存在牢固的氢键网络，一摩尔水需要 大量的热能 约 40.65 千焦耳）才能转化为水蒸气。相比之下，丙酮分子之间较弱的偶极-偶极力 只需每摩尔热能 31.3 千焦耳 就可以克服。蒸发的逆过程 即从气体到液体的转变）称为冷凝。当气体分子与较冷的液体或固体表面碰撞时，它们会失去热量。多次碰撞导致大量的热量流失，分子最终凝结。因此，冷凝是放热过程。尽管冷凝焓为负，但其大小与蒸发焓相同。当在一个封闭系统中发生相反的转变（蒸发和冷凝）时，系统达到一种称为汽液平衡的 动态平衡状态。