Что такое тепло испарения?

Теплота испарения, H _vap , иногда называемая энтальпией испарения, представляет собой количество энергии, необходимое для превращения жидкости в пар в точке кипения. Эта энергия не зависит от какого-либо компонента в результате повышения температуры. Теплота испарения часто измеряется при атмосферном давлении и обычной температуре кипения, хотя это не всегда так. Поскольку температура кипения любой жидкости изменяется в зависимости от давления окружающей среды, а теплота испарения также зависит от этого давления, теплота испарения жидкости должна зависеть от температуры. Двумерные (2-D) графики изображают простое, почти параболическое соотношение для наиболее распространенных жидкостей.

Существует множество факторов, которые необходимо учитывать, если процесс кипения или испарения должен быть полностью понят. Среди них силы межмолекулярного связывания, такие как силы Ван-дер-Ваала, которые включают, по меньшей мере, лондонские дисперсионные силы, и гораздо более сильные силы водородной связи, если применимо. Работы, необходимые для расширения газа, должны быть включены. Кроме того, по большей части потенциальная энергия жидкости была преобразована в кинетическую энергию в газе. Ошибочно полагать, что вся эта кинетическая энергия существует в форме поступательной энергии; часть его становится энергией вращения и вибрационной энергией.

На более базовом уровне перспективна одна концептуальная модель, впервые описанная в 2006 году в журнале Fluid Phase Equilibria . В этой модели эмпирические данные для 45 элементов хорошо соответствовали, когда были сделаны два предположения: поверхность жидкости является гибкой, и частица использует всю свою скрытую энергию, чтобы вырваться из частиц, блокирующих ее выход - поверхностное сопротивление. В этом исследовании максимальная площадь поверхности, которая может удерживать частицу в окружающей ее жидкости, была использована в расчетах. Небольшие отклонения между расчетами и реальностью были объяснены в терминах аппроксимаций, таких как сферическое приближение для атомов.

Теплота испарения имеет большое значение для промышленных дистилляционных аппаратов. Это также важно в ситуациях, когда необходимо учитывать давление пара, например, при проектировании и функционировании паровых отопительных установок. Одним из математических выражений, представляющих особый интерес в этом отношении, является уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Это уравнение объединяет теплоту испарения с системными давлениями и температурами. Используя уравнение, исходя из одной конкретной температуры и давления пара, можно определить второе давление пара при другой температуре.