12.4: Evaporation and Condensation

Evaporation

放置された水たまりは、やがて消滅します。 液体の分子は気相に逃げ、水蒸気となります。 気化とは、液体が気体になることです。 蒸発とは、液体の沸騰温度以下で液体がその水蒸気に変わることである。 その代わり、水を密閉容器に入れておくと、水蒸気分子が周囲に逃げないため、水位が変化しない。 水の分子が水蒸気になると、同じ数の水蒸気分子が凝縮して液体に戻る。 凝縮とは気体から液体への状態変化のことである

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Figure \(\PageIndex{2}): 蒸発(A)と凝縮(B)。

液体分子が気体状態に脱出するためには、分子が液体中の分子間引力に打ち勝つだけの運動エネルギーを持っていなければならない。 ある液体サンプルには、幅広い運動エネルギーを持つ分子が存在することを思い出してほしい。 このある閾値の運動エネルギーを持つ液体分子は、表面から抜け出して蒸気になる。 その結果、残った液体分子は、より低い運動エネルギーを持つようになる。 蒸発が起こると、残った液体の温度は下がります。 皆さんは、蒸発冷却の効果を観察したことがあると思います。 暑い日、汗に含まれる水分子は体温を吸収し、皮膚の表面から蒸発します。

ある液体が加熱されると、より速く蒸発します。 これは、加熱により、液体の分子のうち、液面から逃げるのに必要な運動エネルギーを持つ割合が大きくなるためです。 下の図は、2つの温度における液体分子の運動エネルギー分布を示している。 蒸発するのに必要な運動エネルギーを持つ分子の数は、右の曲線の下の斜線で示した部分である。 温度の高い液体(Ⓐ)は温度の低い液体(Ⓑ)よりも気相に逃げることができる分子が多いことがわかる。 2つの温度における液体の運動エネルギー分布曲線。

中国とネパールの国境にあるヒマラヤ山脈のエベレストは、標高29,029mの地球上で最も高い山です。 その標高は、登山家にとって現実的な問題を多く抱えている。 空気中の酸素濃度が海面よりはるかに低いため、酸素ボンベを持参する必要がある(ただし、無酸素で登頂した登山家もいる)。 また、料理を作るためのお湯を沸かすのも問題だ。 海面では水が沸騰する温度は100℃ですが、エベレスト山頂の沸点は70℃程度です。 この差は、まともな紅茶を飲むことを難しくしています(英国の登山家の中には間違いなく不満に思った人がいたでしょう)

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