Przejścia fazowe: parowanie i kondensacja

W cieczy, gdy ruchy termiczne cząsteczek pokonują siły międzycząsteczkowe utrzymujące je razem, cząsteczki uwalniają się i wchodzą w stan gazowy. To przejście z cieczy do gazu jest znane jako parowanie i może zachodzić w dwóch warunkach: bez wrzenia lub wrzenia.

W stanie niewrzącym parowanie zachodzi tylko na powierzchni i poniżej temperatury wrzenia cieczy. Nazywa się to parowaniem powierzchniowym i zachodzi bez tworzenia się pęcherzyków pary w cieczy luzem.

W przeciwieństwie do tego, jeśli parowanie następuje w temperaturze wrzenia cieczy, w cieczy luzem tworzą się pęcherzyki pary, a proces ten nazywa się wrzeniem. Wrzenie nie jest zjawiskiem powierzchniowym i występuje we wszystkich punktach wewnątrz cieczy.

Waporyzacja jest procesem endotermicznym zależnym od temperatury: im więcej dostarczanego ciepła, tym wyższa szybkość parowania.

Ilość energii potrzebnej do odparowania jednego mola cieczy nazywana jest molowym ciepłem parowania lub molową entalpią parowania. Ponieważ waporyzacja jest procesem endotermicznym, jej wartość entalpii jest zawsze dodatnia.

Siły międzycząsteczkowe wpływają na molową entalpię parowania. Na przykład, ze względu na silną sieć wiązań wodorowych między cząsteczkami wody, jeden mol wody wymaga znacznej ilości energii cieplnej - około 40,65 kilodżuli - aby przekształcić się w parę wodną.

Dla porównania, słabsze siły dipol-dipol między cząsteczkami acetonu można pokonać za pomocą zaledwie 31,3 kilodżuli na mol energii cieplnej.

Odwrotność parowania, czyli przejście z gazu do cieczy, nazywa się kondensacją.

Kiedy cząsteczki gazu zderzają się z chłodniejszymi powierzchniami cieczy lub ciał stałych, tracą ciepło. Wielokrotne zderzenia powodują znaczną utratę ciepła, a cząsteczki ostatecznie kondensują się. Kondensacja jest zatem procesem egzotermicznym

.

Chociaż entalpia kondensacji jest ujemna, jej wielkość jest taka sama jak entalpia parowania.

Gdy przeciwstawne przejścia – parowanie i kondensacja – zachodzą w układzie zamkniętym, układ osiąga stan równowagi dynamicznej zwany równowagą para-ciecz.