沸点と蒸発の決定的な違いは、蒸発が液体の表面で起こるのに対して、沸点は液体の質量が蒸発する温度であることである。

液体の蒸発から蒸気を作るには、2つの方法がある。ある方法では、沸点で蒸気を発生させる。もう一つの方法は、沸点以下で蒸発が起こるので、蒸発と呼んでいます。どちらのプロセスも蒸気の状態の分子を生成するが、その生成の仕方は異なる。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 沸点とは 3. 蒸発とは 4. 横並び比較-沸点と蒸発を表形式で 5. まとめ

沸点は何ですか？

沸点とは、簡単に言えば、液体や溶媒が沸騰し始める温度のことである。一定の圧力と定義することができ、通常は大気圧である。つまり、液体が蒸発し始める温度のことである。したがって、この温度では、蒸気圧は大気圧に等しくなる。

まず、物質の沸点は様々な要因に影響される。外的要因として気温が影響する。例えば、真空中の液体の沸点は、通常の大気圧下の液体の沸点よりも低くなる。同様に、高圧の液体の沸点も比較的高くなる。

決定要因

さらに、液体そのものの化学的・物理的性質も沸点に影響を与えることがあります。例えば、液体の分子が高分子量であれば、低分子量の液体よりも沸点が高くなる。また、化学結合も沸点に影響を与える。アルコールは対応するアルカンに比べ、沸点が高い。この場合、アルコール分子間に水素結合が存在するためである。アルカンは強い水素結合を持たず、代わりに弱いファンデルワールス相互作用を持っている。そのため、アルコール類では強い結合を切断するために多くのエネルギーが必要となり、沸点が上昇する。

図01：水の沸点

これとは別に、沸点は混合物から各物質を分離するのに有効である。そのために使う技術が「蒸留」です。また、石油の蒸留の基礎にもなっている。そこでは、石油は多くの炭化水素とさまざまな量の炭素を含んでいる。直鎖のもの、枝分かれしたもの、芳香族があります。その結果、沸点が異なる。しかし、分子の沸点はほとんど変化しないため、分離することは難しい。しかし、ある程度まで精製することは可能です。このように、石油の蒸留では、ある温度範囲内で分子量の近い分子を分離することができるのです。

エバポレーションは何ですか？

蒸発とは、液体を蒸気の相に変化させることである。液体の表面で蒸発が起こる場合、「蒸発」という言葉を使います。液体の蒸発は沸点でも起こり、液体の質量全体に対して蒸発が起こります。ただし、蒸発とは言いません。

図02：表面処理としての蒸発量

また、蒸発は、空気中の他の物質の濃度、表面積、圧力、物質の温度、密度、空気流量など、さまざまな要因に影響されます。

沸点と蒸発の違い

物質の沸点は、液体の蒸気圧が液体の周囲の圧力と等しくなり、液体が蒸気になる温度である。一方、蒸発とは、液体を気相にすることである。したがって、沸点と蒸発の大きな違いは、蒸発が液体の表面で起こるのに対して、沸点では液体の質量全体で蒸発が起こることである。この場合、特定の液体の蒸発は沸点以下で起こる。

また、沸点では液体が気泡を形成するが、蒸発時には気泡が形成されない。したがって、これは沸点と蒸発の明確な違いである。また、沸点では分子に熱が供給され、このエネルギーで蒸気が発生する。しかし、蒸発の際には、外部から熱を供給されることはない。その代わり、分子同士がぶつかり合うことでエネルギーを得て、そのエネルギーを使って蒸気状態へと脱出する。これが、沸点と蒸発の大きな違いである。

以下に、沸点と蒸発量の違いを一覧にしたインフォグラフィックを掲載します。

概要 - 沸点 vs. 蒸発

沸点とは、液体に外部から熱エネルギーを与えたときに、気化が起こる温度です。しかし、蒸発は外部からエネルギーを与えない自然発生的なプロセスです。まとめると、沸点と蒸発の大きな違いは、蒸発が液体の表面で起こるのに対し、沸点は液体の全質量が蒸発する温度であることである。

引用

1Helmenstine, Dr Anne Marie, "Definition of boiling point of chemistry", ThoughtCo, 24 December 2018.ここでは、そのうちの2つを紹介します。歌詞です。"12.4: Evaporation and Condensation", National Science Foundation, Chemistry Library, 26 November 2018.こちらで入手可能です 2 歌詞"12.4: Evaporation and Condensation," Chemistry Playbook, National Science Foundation, 26 Nov. 2018.