蒸発・凝縮

凝縮と蒸発は、私たちが日常生活で遭遇する非常に重要な現象である。雨雲や冷たい飲み物のまわりの水滴などの事象は、これらの現象で説明することができます。蒸発・凝縮は、分析化学、工業化学、プロセス工学、熱力学、さらには医学など、幅広い分野で応用されている。その応用をより深く理解するためには、これらの現象をよく理解することが重要である。今回は、蒸発と凝縮とは何か、その定義、両現象の応用、両者の共通点、最後に凝縮と蒸発の違いについて説明します。

結露とは？

凝縮とは、物質の物理的状態が気相から液相に変化することである。凝縮の逆の過程を蒸発という。結露はさまざまな要因で発生します。結露を正しく理解するためには、飽和蒸気を正しく理解することが必要である。どんな温度でも液体は蒸発する。しかし、沸騰は液体がその沸点以上に加熱されたときに始まる。長く加熱すると、液体全体が蒸発する。この蒸気が気体になっている。このガスの温度は、システム圧力における液体の沸点より高くなければならない。システムの温度が沸点より下がると、蒸気は再び液体になり始める。これを「結露」といいます。また、温度を一定にしてシステム圧を上げるという方法も凝縮の一種である。そのため、実際の沸点が上昇し、蒸気が凝縮される。また、急激な温度低下も結露の原因になります。冷たい飲み物の周りにできる結露もその一つです。

蒸発とは？

蒸発とは、液体から気体への相変化のことである。蒸発には2種類あります。蒸発のもう一つの形態は沸騰である。蒸発は液体の表面でのみ起こります。この表面で液体分子が何らかの内的・外的要因でエネルギーを増大させると、その分子は作用している分子間結合を切断し、気体分子を形成することができるようになる。このプロセスは、どのような温度でも発生します。一般的な蒸発エネルギー源は、太陽光、風、周囲温度である。液体の蒸発速度は、これらの外的要因に加え、液体の内的要因にも依存する。液体の表面積、液体の分子間結合の強さ、物体の相対的な分子量などの内部要因は、すべて液体の蒸発に影響を与える。