Loading article…
蒸発は、液体が気相に変化する際に表面で起こる気化の一種です。 [ 1 ]周囲の気体中の蒸発物質の濃度が高いと、蒸発速度が著しく低下します。例えば、湿度が水の蒸発速度に影響を与える場合などです。[ 2 ]液体の分子が衝突すると、衝突の仕方に応じて互いにエネルギーを伝達します。表面近くの分子が蒸気圧を克服するのに十分なエネルギーを吸収すると、気体となって周囲の空気中に放出されます。[ 3 ]蒸発が起こると、気化した液体から取り除かれたエネルギーによって液体の温度が低下し、蒸発冷却が起こります。[ 4 ]
平均的に、液体中の分子のうち、液体から逃げ出すのに十分な熱エネルギーを持つのはごく一部に過ぎません。蒸発は、液体の蒸発量と凝縮量が等しくなる平衡状態に達するまで続きます。密閉された環境では、周囲の空気が飽和状態になるまで液体は蒸発し続けます。
蒸発は水循環の重要な部分です。太陽（太陽エネルギー）は、海洋、湖、土壌中の水分、その他の水源からの水の蒸発を促進します。水文学では、蒸発と蒸散（植物の気孔内での蒸発を含む）はまとめて蒸発散と呼ばれます。水の蒸発は、液体の表面が露出して分子が逃げ出し、水蒸気を形成するときに起こります。この水蒸気は上昇して雲を形成します。十分なエネルギーがあれば、液体は水蒸気に変わります。
液体の分子が蒸発するには、表面付近に位置し、適切な方向に移動しており、液相分子間力を克服するのに十分な運動エネルギーを持っている必要があります。[ 5 ]分子のごく一部しかこれらの条件を満たさない場合、蒸発速度は低くなります。分子の運動エネルギーはその温度に比例するため、蒸発は高温でより速く進行します。より速く移動する分子が逃げると、残りの分子の平均運動エネルギーは低くなり、液体の温度が低下します。この現象は蒸発冷却とも呼ばれます。これが、汗が蒸発すると人体が冷える理由です。蒸発はまた、気相と液相間の流量が高い場合や、蒸気圧が高い液体ではより速く進行する傾向があります。たとえば、洗濯物を物干し竿に干すと、風のない日よりも風の強い日の方が（蒸発によって）早く乾きます。蒸発の3つの重要な要素は、熱、大気圧（湿度の割合を決定します）、および空気の動きです。
分子レベルでは、液体状態と気体状態の間には厳密な境界はありません。代わりに、相が未確定なクヌーセン層が存在します。この層はわずか数分子の厚さしかないため、巨視的なスケールでは明確な相転移界面は見られません。[ 6 ]
特定の温度と気体中で目に見えて蒸発しない液体（例えば、室温の食用油）は、分子間でエネルギーが伝達される頻度が低く、分子が蒸気に変化するのに必要な熱エネルギーを頻繁に得ることができない。しかし、これらの液体も蒸発している。ただ、その過程が非常に遅いため、目に見えにくいだけである。
密閉された空間で蒸発が起こると、逃げ出した分子は液体の上に蒸気として蓄積されます。多くの分子は液体に戻り、蒸気の密度と圧力が上昇するにつれて、戻る分子の頻度が高くなります。逃げ出しと戻る過程が平衡状態に達すると、[ 5 ]蒸気は「飽和」状態にあると言われ、蒸気圧と密度、または液体の温度にそれ以上の変化は起こりません。純物質の蒸気と液体からなる系の場合、この平衡状態は、クラウジウス・クラペイロンの関係式で示されるように、物質の蒸気圧に直接関係しています。
ここで、 P 1、P 2はそれぞれ温度T 1、T 2における蒸気圧、Δ H vapは蒸発エンタルピー、Rは普遍気体定数です。開放系における蒸発速度は、閉鎖系における蒸気圧と関連しています。液体を加熱すると、蒸気圧が周囲圧力に達すると液体は沸騰します。
液体の分子が蒸発する能力は、個々の分子が持つ運動エネルギーの量に大きく依存する。低温であっても、液体の分子は、蒸発に必要な最小運動エネルギー量よりも多くの運動エネルギーを持っていれば蒸発することができる。
注：ここでは周囲の気体の一般的な例として空気を使用していますが、他の気体も同様の役割を果たす場合があります。
米国では、国立気象局が全国各地の屋外観測地点で、標準化された「蒸発皿」と呼ばれる開放水面からの実際の蒸発量を測定している。世界各地でも同様の測定が行われている。米国のデータは収集され、年間蒸発量マップにまとめられる。測定値は年間30インチ（3,000mm）未満から120インチ（3,000mm）以上まで幅広く分布している。
水の蒸発は、通常「蒸発が極めてまれな現象」である複雑な環境で起こるため、そのメカニズムは完全には解明されていません。理論的な計算には、非常に長く大規模なコンピュータシミュレーションが必要です。「液体の水の蒸発速度は、現代の気候モデリングにおける主要な不確実性の1つです。」[ 8 ] [ 9 ]
蒸発の熱力学では、分子が分子間力を克服して気体として放出されるのに十分な運動エネルギーを獲得する過程が描かれており、これにはエネルギー（蒸発潜熱）が必要であり、より速い分子が放出されることで冷却効果が生じます。この吸熱相変化はエントロピーを全体的に増加させ、熱力学第二法則に合致し、温度、圧力、湿度、表面積によって駆動されるため、冷凍や気象現象の根幹をなす現象です。
蒸発は吸熱反応である。なぜなら、蒸発の過程で熱が吸収されるからである。
燃料液滴は、燃焼室内の高温ガスと混合することで熱を受け、蒸発する。また、燃焼室内の高温耐火壁からの放射によっても熱（エネルギー）を受け取ることができる。
内燃機関は、シリンダー内で燃料を気化させて燃料と空気の混合気を形成することで、良好な燃焼を実現します。ガソリンを完全に燃焼させるための化学的に正しい空気と燃料の混合比は、重量比で約15対1、つまり空気15対1であることが分かっています。これを体積比に換算すると、空気8000対1、つまり8000対1となります。
薄膜は、物質を蒸発させて基板上に凝縮させる方法、または物質を溶媒に溶解させ、得られた溶液を基板上に薄く広げ、溶媒を蒸発させる方法によって成膜することができる。これらの場合、蒸発速度を推定するためにヘルツ・クヌーセンの式がよく用いられる。
{{cite news}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
ウィキメディア・コモンズにある蒸発に関するメディア