Párolgáshő definíció
A párolgáshő (∆Hvap), más néven a párolgás entalpiája azt az entalpiamennyiséget (hőenergia) határozza meg, amely egy folyékony anyag gázzá vagy gőzzé alakításához szükséges. Joule/molban (J/mol), vagy néha kalóriában (C) mérik.
A gőzölési hő magyarázata
A gőzölési hő mindig pozitív értékű, mert a folyadék elpárolgásához mindig entalpia adódik egy rendszerhez. Ahogy a molekulák több mozgási energiát nyernek, nagyobb valószínűséggel válnak el a folyadéktól és válnak gázzá.
A belső energia szükséges növekedése úgy írható le, mint a folyadékban lévő molekulák közötti kölcsönhatások felbontásához szükséges energia. Minél gyengébb az atomok közötti kötés, annál kevesebb energia szükséges e kötések felbontásához.
A szükséges energia mennyisége attól a nyomástól függ, amelyen az átalakulás végbemegy, és hőmérsékletfüggő. Minél forróbb már a folyadék, annál kevesebb energia szükséges. Nagyobb nyomáson több energiára van szükség. Van egy kritikus hőmérséklet, amelyen a párolgáshő eltűnik (Tr=1). Ezen a kritikus hőmérsékleten túl az anyag nem különböztethető meg sem folyadékként, sem gőzként. Ehelyett szuperkritikus folyadéknak nevezik.
A folyékony és gáznemű állapotot egyaránt tartalmazó oldatban a gőz mozgási energiája nagyobb, mint a folyadéké, mert a gőz részecskéi könnyebben tudnak áramlani. A gázrészecskék nagyobb mozgása a folyadékrészecskékhez képest hőt és nyomást hoz létre.
Gőzölgéshő képlet
A gőzölgéshő kiszámításának nagyon alapvető egyenlete:
ΔHvap = Hgőz – Hfolyadék
Ez a gőzfázis belső energiájának különbségét számítja ki a folyadékfázishoz képest.
Ez az egyenlet azonban nem veszi figyelembe azt a többletenergiát, amely a gázrészecskéknek a légköri nyomás ellenében történő visszatolódásához szükséges, hogy a folyadék forrásakor a térfogat növekedjen.
Ezért egy teljesebb egyenlet a gőzölési hő kiszámítására a következő:
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
Ahol ΔUvap a gőzfázis és a folyadékfázis közötti belső energia különbség (ΔUvap = Hgőz – Hfolyadék), pΔV pedig a környezeti nyomással szemben végzett munka.
Víz elpárolgási hője
A víznek nagy a fajhője. Ez a mérőszám azt az energiamennyiséget írja le, amely a víz hőmérsékletének 1 Celsius-fokos emeléséhez szükséges. Mint ilyen, a víznek magas a párolgási hője is. Valójában a víz párolgásához több mint 40 000 Joule-ra van szükség mólonként. Ez rendkívül fontos a földi élet szempontjából.
Mivel a Föld nagy része vízből áll, a Földet érő napenergia mennyiségében bekövetkező nagy változásokat a víz ellensúlyozza. A víz lassan nyeli el a hőt, és akkor adja le a hőt, amikor kevesebb a napsütés. Ez segít ellensúlyozni a hőmérséklet drasztikus változásait, amelyek pusztító hatással lennének az életre. Ehhez képest, ha a világ nagyrészt etanolból állna, a hőmérséklet gyorsan ingadozna, mert az etanolnak sokkal kisebb a párolgási hője és a fajhője.
Ez a magas párolgási hő azonban nem biztos, hogy megfelel a hőmérséklet szabályozásának az emberi tevékenységekkel szemben. Az éghajlatváltozás, és konkrétan a globális felmelegedés rengeteg hőt juttat a légkörbe. Bár az óceán képes elnyelni ennek a hőnek a nagy részét, vannak korlátai. Továbbá, ahogy az óceán elnyeli a hőt, a molekulák kitágulnak. Ez a tágulás az éghajlatkutatók által jelenleg becsült áradások nagy részéhez vezet.
Különbségek a párolgás hőjében
A párolgás hőjét leginkább az oldatban lévő molekulák közötti kölcsönhatások befolyásolják. Egy folyadékban a molekulák elmennek egymás mellett, de állandó kölcsönhatásban vannak egymással. Egyesek hidrogénkötéseket, míg más anyagok más típusú enyhe kötéseket alakítanak ki a molekulák között. Ezek a kötések energiát tartalmaznak, és alacsonyabb energiaállapotban tartják a folyadékot. A párolgáshő leírja, hogy mennyi energia szükséges e kötések szétválasztásához.
A víznek magas a párolgáshője, mert az egyik molekula oxigénje és más molekulák hidrogénjei között könnyen alakulnak ki hidrogénkötések. Ezek a kötések tartják össze a molekulákat. Ahhoz, hogy a víz elpárologjon, növelni kell a hőmérsékletet, hogy a molekulák gyorsabban mozogjanak. Egy bizonyos ponton a molekulák elkezdenek elszakadni a folyadéktól és elpárologni.
A fémeknek még nagyobb a párolgási hőjük. Sok fém bonyolult kölcsönhatásokat alakít ki más fématomokkal. Ez még szorosabban összetartja a molekulákat, mint a vízmolekulák. Így a fémek párolgási hője sokkal nagyobb, mint a vízé.