该化学蒸发是通过该分子从液体表面分开和使所述气态状态的过程。这是一个吸收能量的过程,因此是吸热的。靠近液体表面的分子增加了其动能以蒸发。
能量增加的结果是,这些分子之间的内聚力或吸引力的分子间作用力减弱,并从液相逃逸到气相。由于没有边界,气态分子旋转并再次渗透到液体中,所有这些最终完全蒸发。
Vidralta,来自Wikimedia Commons
与沸腾不同,蒸发可以在液体沸腾之前的任何温度下发生。然后,这种现象就是为什么可以看到从森林中散发出的水蒸气的原因,当与冷空气接触时,水蒸气会凝结微滴的水,使它们变成白色。
冷凝是一个反向过程,可能会或可能不会与液体中发生的蒸发建立平衡。
有一些影响蒸发的因素,例如:过程的速度或可以从液体中蒸发的分子数量;液体的性质或类型;液体暴露于的温度,或者液体处于密闭或敞开的容器中,暴露于环境中。
化学蒸发的另一个例子发生在我们的体内:当我们出汗时,汗液中的部分液体会蒸发。汗液的蒸发由于蒸发冷却而使人感到寒冷。
什么是蒸发?
资料来源:
它由位于液体表面的分子转化为蒸气的能力或性质组成。从热力学观点来看,发生蒸发需要能量吸收。
蒸发是在位于液体自由表面水平的分子中发生的过程。组成液体的分子的高能条件是发生从液态到气态的基础。
动能或作为人体颗粒运动产物的能量在气态下最大。
内聚力
为了使这些分子脱离液相,它们必须增加其动能以使其蒸发。随着动能的增加,靠近液体表面的分子的内聚力减小。
凝聚力是一种施加分子吸引力的力,有助于将分子保持在一起。蒸发需要周围介质颗粒提供的能量贡献以减小该力。
蒸发的逆过程称为冷凝:处于气态的分子返回到液相。当处于气态的分子与液体表面碰撞并再次陷入液体中时,就会发生这种情况。
对于每种液体,蒸发,粘度,表面张力以及其他化学性质都不同。化学蒸发是一个过程,该过程将取决于液体的类型以及下一节中详细介绍的其他因素。
化学蒸发涉及的因素
有许多因素影响蒸发过程,有利于或抑制该过程。液体的类型,温度,气流的存在,湿度以及许多其他因素。
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每种液体都有自己的内聚力或吸引力,这种内聚力或吸引力存在于组成液体的分子之间。与油性液体相比,在油性液体(如油)中发生蒸发的程度通常较小。
例如,在水中,内聚力由在其分子之间建立的氢键表示。组成水分子的H和O原子通过极性共价键结合在一起。
氧比氢更具负电性,这使得水分子更容易与其他分子氢键合。
温度
温度是影响形成液体和气体的分子的动能的因素。分子从液体表面逸出需要最小的动能。
在低温下,液体中具有足够动能蒸发的分子部分很小。也就是说,在低温下,液体的蒸发会更少;因此,蒸发会更慢。
相反,蒸发将随着温度的升高而增加。随着温度升高,液体中获得蒸发所必需的动能的分子比例也将增加。
密闭或开放容器
根据液体所在的容器是密闭的还是敞开的,化学蒸发会有所不同。
如果液体在密闭的容器中,则蒸发的分子会迅速返回液体;反之,也就是说,它们在与物理边界(例如墙壁或盖子)碰撞时会冷凝。
在该密闭容器中,在液体经历的蒸发过程与冷凝过程之间建立了动态平衡。
如果容器是敞开的,则根据暴露在空气中的时间,液体甚至可以连续蒸发甚至全部蒸发。在敞开的容器中,没有机会在蒸发和冷凝之间建立平衡。
当容器打开时,液体暴露于有利于蒸发分子扩散的环境。此外,气流置换了蒸发的分子,并用其他气体(主要是氮气和氧气)代替了它们。
蒸发分子的浓度
蒸发分子的气相中存在的浓度也是决定性的。当空气或环境中的蒸发物质浓度很高时,蒸发过程将减少。
同样,当空气中有不同浓度的不同蒸发物质时,任何其他物质的蒸发速率也会降低。
这种蒸发物质的浓度主要发生在没有足够的空气再循环的情况下。
液体的压力和表面积
如果液体表面上的分子上的压力较小,则这些分子的蒸发将更有利。暴露在空气中的液体的表面积越大,蒸发越快。
应用领域
蒸发冷却
已经很清楚,只有增加动能的液体分子才把液相变成气态。同时,在不逸出的液体分子中,动能随着温度降低而降低。
在此阶段仍保留的液体温度下降,然后冷却。此过程称为蒸发冷却。这种现象解释了为什么冷却时不蒸发的液体会吸收周围环境的热量。
如上所述,此过程使我们能够调节人体的体温。同样,该蒸发冷却过程也通过使用蒸发冷却器用于环境冷却。
物料干燥
-工业上的蒸发用于干燥用布,纸,木材等制成的各种材料。
-蒸发过程还可以从液体溶液中分离出诸如盐,矿物质等溶质。
-蒸发用于干燥物体,样品。
-允许回收许多物质或化学物质。
物质干燥
通常,此过程对于干燥大量生物医学和研究实验室中的物质至关重要。
有离心式和旋转式蒸发器,可最大程度地一次从多种物质中去除溶剂。在这些设备或专用设备中,将样品浓缩并缓慢进行真空蒸发处理。
例子
-出汗过程发生时,人体会发生化学蒸发。出汗时,汗液蒸发,身体趋于冷却,体温下降。
汗液蒸发和随后的身体冷却的这一过程有助于调节身体的温度。
-由于水分蒸发,衣物的干燥也得以进行。布置衣服以使气流置换气态分子,从而增加蒸发量。环境的温度或热量以及大气压在这里也会产生影响。
-在冻干产品的干燥和干燥冻干产品的生产中,例如奶粉,药品等,也会发生蒸发。但是,该蒸发是在真空下进行的,而不是由于温度升高。
其他例子。
参考文献
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