相転移：気化と凝縮

液体中では、分子の熱運動が分子をつなぎとめている分子間力に打ち勝つと、分子は自由になり、気体状態に入ります。この液体から気体への遷移は気化と呼ばれ、非沸騰または沸騰の2つの条件下で発生する可能性があります。

非沸騰条件下では、気化は液体の表面と沸点以下でのみ発生します。これは表面蒸発と呼ばれ、バルク液体に蒸気気泡が形成されることなく発生します。

対照的に、液体の沸点で気化が起こると、バルク液体に蒸気気泡が形成され、このプロセスは沸騰と呼ばれます。沸騰は表面現象ではなく、液体内のすべてのポイントで発生します。

気化は温度依存性の吸熱プロセスであり、供給される熱が大きいほど、気化速度は高くなります。

液体の1モルを気化させるのに必要なエネルギー量は、そのモル気化熱またはモル気化エンタルピーと呼ばれます。気化は吸熱プロセスであるため、そのエンタルピー値は常に正です。

分子間力は、気化のモルエンタルピーに影響を与えます。例えば、水分子間の水素結合の強力なネットワークにより、1モルの水が水蒸気に変わるには、約40.65キロジュールという大量の熱エネルギーが必要です。

それに比べて、アセトン分子間の弱い双極子-双極子力は、熱エネルギー1モルあたりわずか31.3キロジュールで克服できます。

気化の逆、つまり気体から液体への移行は凝縮と呼ばれます。

気体分子は、より冷たい液体または固体の表面と衝突すると、熱を失います。複数回の衝突により、熱が大幅に失われ、最終的には分子が凝縮します。したがって、結露は発熱プロセスです。

凝縮エンタルピーは負ですが、その大きさは気化エンタルピーと同じです。

閉鎖系で逆の遷移(気化と凝縮)が発生すると、システムは気液平衡と呼ばれる動的平衡状態に達します。