蒸発エンタルピー

熱力学において、蒸発エンタルピー（記号∆ H _vap ）は、（潜）蒸発熱または蒸発熱とも呼ばれ、ある量の液体物質を気体に変換するためにその物質に加えなければならないエネルギー（エンタルピー）の量です。蒸発エンタルピーは、変換（蒸発または蒸発）が発生する圧力と温度の関数です。

蒸発エンタルピーは、物質の 通常の沸点として引用されることが多いです。表に示された値は通常 298 Kに補正されますが、その補正は測定値の不確実性よりも小さい場合が多いです。

気化熱は温度に依存しますが、温度範囲が狭い場合や、換算温度 T _r ≪ 1 の場合は、気化熱は一定であると想定できます。気化熱は温度の上昇とともに減少し、臨界温度( T _r = 1 ) と呼ばれる特定の温度で完全に消失します。臨界温度を超えると、液体と気体の区別がつかなくなり、その物質は超臨界流体と呼ばれます。

値は通常、 J / molまたは kJ/mol (モル蒸発エンタルピー)で示されますが、kJ/kg または J/g (比蒸発熱) や、kcal /mol、cal/g、Btu /lb などの古い単位が今でも使用されることもあります。

凝縮エンタルピー（または凝縮熱）は、定義により、蒸発エンタルピーと反対の符号で等しくなります。蒸発エンタルピーの変化は常に正（熱が物質に吸収される）ですが、凝縮エンタルピーの変化は常に負（熱が物質から放出される）です。

蒸発エンタルピーは次のように表される。

${\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}=\Delta U_{\text{vap}}+p\,\Delta V}$

これは、気相と液相とで増加した内部エネルギーに、周囲圧力に対して行われた仕事を加えたものに等しい。内部エネルギーの増加は、液体（昇華の場合は固体）内の分子間相互作用を克服するために必要なエネルギーと見なすことができる。したがって、ヘリウムの蒸発エンタルピーは 0.0845 kJ/mol と特に低く、ヘリウム原子間のファンデルワールス力が特に弱い。一方、液体の水の分子は比較的強い水素結合で結びついており、その蒸発エンタルピー 40.65 kJ/mol は、同量の水を 0 °C から 100 °C に加熱するために必要なエネルギー（c _p  = 75.3 J/K·mol）の 5 倍以上である。しかし、分子間力の強さを測定するために蒸発エンタルピーを使用する場合は注意が必要です。これらの力は気相でもある程度は持続する可能性があるため（フッ化水素の場合など）、計算された結合強度の値は低すぎることになります。これは、気相で共有結合した分子を形成することが多い金属の場合に特に当てはまります。このような場合、結合エネルギーの真の値を取得するには、原子化エンタルピーを使用する必要があります。

別の説明としては、凝縮エンタルピーを、気体が液体に凝縮するときにエントロピーの低下を補うために周囲に放出しなければならない熱と見なす方法があります。液体と気体は沸点 ( T _{b ) で}平衡状態にあるため、Δ _v G  = 0 となり、次の式が成り立ちます。

${\displaystyle \Delta _{\text{v}}S=S_{\text{ガス}}-S_{\text{液体}}={\frac {\Delta _{\text{v}}H}{T_{\text{b}}}}}$

エントロピーもエンタルピーも温度によって大きく変化しないため、298 K からの温度差を補正せずに表の標準値を使用するのが一般的です。理想気体のエントロピーはその圧力の対数に比例するため、圧力が 100 kPaと異なる 場合は補正を行う必要があります。液体の熱膨張係数は小さいため、液体のエントロピーは圧力によってほとんど変化しません。 ^[1]

これら2つの定義は同等です。沸点は、気相のエントロピーの増加が分子間力を克服する温度です。与えられた量の物質は、凝縮相よりも気相で常に高いエントロピーを持ちます（は常に正です）。 ${\displaystyle \Delta _{\text{v}}S}$

${\displaystyle \Delta G=\Delta HT\Delta S}$、

ギブスの自由エネルギー変化は温度の上昇とともに低下します。つまり、実際に観察されるように、気体は高温で有利になります。

^{電解質溶液の蒸発エンタルピーの推定は、ピッツァーモデル[2]}やTCPCモデル^[3]などの化学熱力学モデルに基づく式を使用して簡単に行うことができます。

金属の気化は、バルク元素に比べて金属原子または小さな粒子の反応性が高いことを利用した 金属蒸気合成における重要なステップです。

それぞれの標準沸点で測定された一般的な物質の蒸発エンタルピー:

• クラウジウス・クラペイロン関係
• シマンスキー方程式は蒸発熱の温度依存性を記述する。
• 融解エンタルピー、融解比熱
• 昇華エンタルピー
• ジョバック法、分子構造から標準沸点での蒸発熱を推定する
• 潜熱

• 熱力学におけるCODATAの重要な価値
• グメリン、レオポルド (1985)。Gmelin-Handbuch der anorganischen Chemie / 08 a (8.、völlig neu bearb. Aufl. ed.)。ベルリン [ua]: スプリンガー。 116-117ページ。ISBN 978-3-540-93516-2。
• NIST 化学ウェブブック
• ヤング、フランシス W. シアーズ、マーク W. ゼマンスキー、ヒュー D. (1982)。大学物理学(第 6 版)。マサチューセッツ州レディング: アディソンウェスレー。ISBN 978-0-201-07199-3。{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)