Heat of Vaporization Definition
気化のエンタルピーとしても知られている気化熱（∆Hvap）は、液体物質をガスまたは蒸気に変えるために必要となるエンタルピー（熱エネルギー）の量で定義されています。
Heat of Vaporization Explained
液体を気化させるためにエンタルピーは常に系に加えられるので、気化熱は常に正の値を持つ。
必要な内部エネルギーの増加は、液体中の分子間相互作用を破壊するのに必要なエネルギーと表現することができる。 原子間の結合が弱ければ弱いほど、その結合を壊すのに必要なエネルギーは少なくなる。
必要なエネルギー量は、変態が起こる圧力の関数であり、温度依存性がある。 液体がすでに高温であればあるほど、必要なエネルギーは少なくなる。 圧力が高くなると、より多くのエネルギーが必要となる。 気化熱が消失する臨界温度(Tr=1)がある。 この臨界温度を超えると、その物質は液体とも蒸気とも区別がつかなくなる。
液体と気体の両方を含む溶液では、蒸気の粒子がより流れやすいため、蒸気の運動エネルギーは液体の運動エネルギーより高くなる。 液体粒子と比較して気体粒子の動きが大きくなると、熱と圧力が発生します。
Heat of Vaporization Formula
気化熱を計算するための非常に基本的な方程式は次のとおりです：
ΔHvap = Hvapor – Hliquid
この計算によって、液体相と比較して蒸気相の内部エネルギーに差があることがわかります。
ただし、この式では、液体が沸騰したときに体積が増加するように、気体粒子が大気圧に押し戻されるために必要な追加のエネルギーは考慮されていない。
したがって、気化熱を計算するより完全な式は次のとおりです：
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
ここで ΔUvap は気相と液相の内部エネルギー差（ΔUvap = Hvapor – Hliquid）、pΔV は周囲圧力に対して行われる作業量です。
水の蒸発熱
水は比熱が大きい。 この測定値は、水の温度を1度上げるのに必要なエネルギー量を表している。 そのため、水の気化熱も高い。 実際、水は1モルあたり4万ジュール以上のエネルギーで気化する。 このことは、地球上の生命にとって非常に重要です。
地球の大部分は水でできているため、地球が受ける太陽エネルギーの量が大きく変化しても、水で打ち消すことができます。 水はゆっくりと熱を吸収し、太陽が少なくなると熱を放出します。 そのため、生命にとって致命的な気温の急激な変化に対応することができるのです。
しかし、この高い気化熱は、人間の行動によって気温を調節するのに適しているとは限りません。 気候変動、特に地球温暖化は、大気中に多くの熱を加えている。 海はこの熱の多くを吸収することができますが、それには限界があります。 さらに、海が熱を吸収すると、分子が膨張します。 この膨張は、気候科学者が現在推定している洪水の多くを引き起こすでしょう。
気化熱の違い
気化熱に主に影響を与えるのは、溶液中の分子間の相互作用です。 液体中では、分子は互いにすれ違うが、常に相互作用している。 水素結合を形成するものもあれば、他の物質が分子間に他の種類の穏やかな結合を形成するものもある。 これらの結合はエネルギーを含んでおり、液体をより低いエネルギー状態に保持する。 気化熱は、これらの結合を分離するのに必要なエネルギーの大きさを表す。
水は、ある分子の酸素と他の分子の水素との間に水素結合ができやすいので、気化熱は高い。 この結合が分子を結びつけているのです。 水を気化させるには、温度を高くして分子を速く動かす必要があります。 ある時点で、分子は液体から離れ始め、気化する。
金属の気化熱はさらに高い。 多くの金属は他の金属原子と複雑な相互作用を形成する。 このため、水の分子よりもさらに強固に分子を結合している。 そのため、金属の気化熱は水の気化熱よりはるかに高いのです。