11.7: Фазовые переходы: испарение и конденсация.

Физическая форма вещества меняется на изменение его температуры. Например, повышение температуры жидкости приводит к испарению жидкости (превращаются в пар). Процесс называется испарением — поверхностным явлением. Испарение происходит, когда термическое движение молекул преодолевает межмолекулярные силы, а молекулы (на поверхности) выходят в газообразное состояние. Когда жидкость испаряется в закрытом контейнере, молекулы газа не могут выйти. По мере случайного перемещения этих молекул газовой фазы они иногда сталкиваются с поверхностью конденсированной фазы, и в некоторых случаях эти столкновения приведут к повторному попадению молекул в конденсированную фазу. Переход от газовой фазы к жидкости называется конденсацией.

Испарение является эндотермическим процессом. Эффект охлаждения очевиден после купания или душа. Когда вода на коже испаряется, она удаляет тепло с кожи и охлаждает кожу. Изменение энергии, связанное с процессом испарения, является энтальпией испарения, ΔHvap. Например, испарение воды при стандартной температуре представлено следующими способами:

Обратный процесс эндотермического процесса является экзотермическим. Поэтому конденсат газа выделяет тепло:

Испарение и конденсация являются противоположными процессами, поэтому их значения энтальпии идентичны противоположным признакам. При положительном энтальпии испарения энтальпия конденсации отрицательна.

Различные вещества испаряются до разных границ (в зависимости от сильных сторон их ИМФ) и, следовательно, отображают различные значения энтальпии испарения. Относительно сильная межмолекулярная силы притяжения между молекулами приводит к более высокой энтальпии значений испарения. Слабые межмолекулярные аттракционы представляют собой меньшее препятствие к испарению, что приводит к относительно низким значениям энтальпий испарения.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 10.3: Фазовые переходы.

В жидкости, когда тепловые движения молекул преодолевают межмолекулярные силы, удерживающие их вместе, молекулы вырываются на свободу и переходят в газообразное состояние. Этот переход от жидкости к газу известен как испарение и может происходить при двух условиях:при отсутствии кипения или при кипении. В условиях отсутствия кипения испарение происходит только с поверхности и при температуре ниже точки кипения жидкости.

Это называется поверхностным испарением и происходит без образования пузырьков пара в объеме жидкости. Напротив, если испарение происходит при температуре кипения жидкости, в объеме жидкости образуются пузырьки пара, и этот процесс называется кипением. Кипение не является поверхностным явлением и происходит во всех точках в глубине жидкости.

Испарение это эндотермический процесс, зависящий от температуры:чем больше подводится тепла, тем выше скорость испарения. Количество энергии, необходимое для испарения одного моля жидкости, называется ее молярной теплотой испарения или ее молярной энтальпией испарения. Поскольку испарение является эндотермическим процессом, его энтальпия всегда положительна.

Межмолекулярные силы влияют на молярную энтальпию парообразования. Например, из-за сильной сети водородных связей между молекулами воды один моль воды требует значительного количества тепловой энергии около 40, 65 килоджоулей для преобразования в водяной пар. Для сравнения, более слабые диполь-дипольные силы между молекулами ацетона можно преодолеть всего лишь при подводе 31, 3 килоджоулей на моль тепловой энергии.

Процесс, обратный испарению, то есть переход от газа к жидкости, называется конденсацией. Когда молекулы газа сталкиваются с более холодной жидкостью или твердыми поверхностями, они теряют тепло. Множественные столкновения приводят к значительной потере тепла, и в конечном итоге молекулы конденсируются.

Следовательно, конденсация экзотермический процесс. Хотя энтальпия конденсации отрицательна, по величине она равна энтальпии испарения. Когда противоположные переходы испарение и конденсация происходят в замкнутой системе, система достигает состояния динамического равновесия, называемого равновесием пар-жидкость.