蒸発じょうはつ熱ねつ

蒸発じょうはつ熱ねつ（じょうはつねつ、英語えいご: heat of evaporation）または気化きか熱ねつ（きかねつ、英語えいご: heat of vaporization）とは、液体えきたいを気体きたいに変化へんかさせるために必要ひつような熱ねつのことである^[1]^[2]。（固体こたいや液体えきたいが気体きたいに変化へんかする現象げんしょうを気化きかという。）

気化きか熱ねつは潜熱せんねつの一種いっしゅであるので、蒸発じょうはつ潜熱せんねつまたは気化きか潜熱せんねつともいう。固体こたいを気体きたいに変化へんかさせるために必要ひつような熱ねつは昇華しょうか熱ねつ（しょうかねつ、英語えいご: heat of sublimation）または昇華しょうか潜熱せんねつという^[3]。単たんに気化きか熱ねつというときは液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつを指さすことが多おおいが、液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつと固体こたいの昇華しょうか熱ねつを合あわせて気化きか熱ねつということもある^[4]^[5]。以下いかこの項目こうもくでは、便宜上べんぎじょう、液体えきたいの気化きか熱ねつを蒸発じょうはつ熱ねつと呼よび、液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつと固体こたいの昇華しょうか熱ねつを合あわせて気化きか熱ねつと呼よぶ。

気体きたいが液体えきたいに変化へんかするときに放出ほうしゅつされる凝縮ぎょうしゅく熱ねつ（ぎょうしゅくねつ、英語えいご: heat of condensation）の値ねは、同おなじ温度おんどと同おなじ圧力あつりょくの蒸発じょうはつ熱ねつの値ねに符号ふごうも含ふくめて等ひとしい。

物質ぶっしつ量りょう（mol）当あたりの蒸発じょうはつ熱ねつは、液体えきたい中ちゅうで分子ぶんしの間あいだに働はたらく引力いんりょくに、分子ぶんしが打うち勝かつためのエネルギーであると解釈かいしゃくされる^[6]。

気化きかに必要ひつようなエネルギー

液体えきたいが気化きかする場合ばあいは、沸騰ふっとうして気体きたいになる場合ばあいと蒸発じょうはつして気体きたいになる場合ばあいがある。どちらの場合ばあいでも、気化きかにはエネルギーが必要ひつようである。多おおくの場合ばあい、気化きかに必要ひつようなエネルギーは熱ねつとして物質ぶっしつに吸収きゅうしゅうされる。

液体えきたいの沸騰ふっとうの場合ばあい

液体えきたいを沸騰ふっとうさせるのにエネルギーが必要ひつようであることは、コンロで湯ゆを沸わかすときのことを考かんがえると分わかる。このとき、水みずを沸騰ふっとうさせるのに必要ひつようなエネルギーは、コンロから供給きょうきゅうされている。強火つよびにしてエネルギーの供給きょうきゅう速度そくどを上あげると、水みずが水蒸気すいじょうきに変化へんかする速度そくども上あがる。コンロの火ひを消けすとエネルギーの供給きょうきゅうが止とまり、沸騰ふっとうも止やむ。エネルギーの源みなもとになっているのは、ガスコンロでは燃料ねんりょうガスの化学かがくエネルギー^{[注ちゅう 1]}である。電気でんきコンロやIHクッキングヒーターでは、電力でんりょく会社かいしゃから供給きょうきゅうされる電気でんきエネルギーである。

液体えきたいの蒸発じょうはつの場合ばあい

一方いっぽう、液体えきたいが蒸発じょうはつするときにもエネルギーが必要ひつようなことは、沸騰ふっとうのときと比くらべると少すこし実感じっかんしにくい。水みずに濡ぬれた食器しょっきや衣服いふくは、乾燥かんそう機きを使つかわなくても自然しぜんに乾かわくからである。乾燥かんそう機きを使つかったときのエネルギー源げんは、先さきの例れいと同おなじように電気でんきエネルギーである。それに対たいして、自然しぜんに水みずが蒸発じょうはつして乾かわくときのエネルギー源げんは、食器しょっきや衣服いふく、そして周まわりの空気くうきである。食器しょっきや衣服いふくや空気くうきのエネルギーが熱ねつとして水みずに与あたえられ、このエネルギーにより水みずが水蒸気すいじょうきに変化へんかする^{[注ちゅう 2]}。打うち水みずなどの方法ほうほうで水みずの周囲しゅういの温度おんどを下さげることができるのも、蒸発じょうはつ熱ねつを利用りようした身近みぢかな一いち例れいである。液体えきたいが蒸発じょうはつするときに周まわりから熱ねつを吸収きゅうしゅうすることは、以下いかの実験じっけんにより確認かくにんできる。

準備じゅんび：消毒しょうどく用ようアルコールとスポイトと料理りょうり用ようのデジタル温度おんど計けいを用意よういする。
操作そうさ：デジタル温度おんど計けいの感かん温ゆたか部ぶ（温度おんどセンサー部ぶ）に、スポイトで消毒しょうどく用ようアルコールを一いち滴てきたらす。
観察かんさつ1：デジタル温度おんど計けいの表示ひょうじ温度おんどが低ひくくなる。
観察かんさつ2：適当てきとうに表示ひょうじ温度おんどが低ひくくなったあとは、表示ひょうじ温度おんどはあまり変化へんかしなくなる。

この実験じっけんの観察かんさつ1では温度おんど計けいの感かん温ゆたか部ぶからエネルギーが熱ねつとして放出ほうしゅつされている。というのは、温度おんど計けいの表示ひょうじ温度おんどは、感かん温ゆたか部ぶが熱ねつを吸収きゅうしゅうすると上昇じょうしょうし、逆ぎゃくに感かんじ温ゆたか部ぶが熱ねつを放出ほうしゅつすると低下ていかするものだからである^{[注ちゅう 3]}。感かん温ゆたか部ぶの周まわりの空気くうきの温度おんどは、アルコールをたらす前まえの感かん温ゆたか部ぶの温度おんどとほぼ同おなじと考かんがえられるので、感かん温ゆたか部ぶから熱ねつを受うけ取とっているのはアルコールである。温度おんど計けいの表示ひょうじ温度おんどが変化へんかしなくなるのは感かん温ゆたか部ぶに正味しょうみの熱ねつの出入でいりがなくなったときだから、観察かんさつ2では、周まわりの空気くうきや温度おんど計けいのほかの部分ぶぶんから感かん温ゆたか部ぶに流ながれ込こんでくる熱量ねつりょうと、アルコールに奪うばわれる熱量ねつりょうとが釣つり合あっている。したがって、この実験じっけんでは、温度おんど計けいと空気くうきがアルコールの蒸発じょうはつに必要ひつようなエネルギーの源みなもとになっている。

エネルギーの供給きょうきゅうについて

この節ふしで挙あげた例れいでは、沸騰ふっとうの場合ばあいも、蒸発じょうはつの場合ばあいも、どちらも気化きかに必要ひつようなエネルギーは熱ねつとして液体えきたいに吸収きゅうしゅうされている。コンロで湯ゆを沸わかす例れいでは、エネルギー源げんは化学かがくエネルギーまたは電気でんきエネルギーであるが、水みずはこれらのエネルギーを直接ちょくせつ受うけ取とっているわけではない。水みずを入いれているヤカンやナベなどの底そこを通とおして、熱ねつとしてエネルギーを受うけ取とっている。液体えきたいが気化きかするとき、多おおくの場合ばあい、気化きかに必要ひつようなエネルギーは熱ねつとして物質ぶっしつに吸収きゅうしゅうされる。この熱ねつのことも蒸発じょうはつ熱ねつという。

気化きかに必要ひつようなエネルギーは物質ぶっしつにより異ことなる。データ集しゅうなどでは、物質ぶっしつ 1 キログラム当あたりの値ねまたは物質ぶっしつ 1 モル当あたりの値ねが気化きか熱ねつとして記載きさいされている。単位たんいはそれぞれ kJ/kg （キロジュール毎まいキログラム）および kJ/mol （キロジュール毎ごとモル）である。例たとえば 25 ℃ における水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは 2442 kJ/kg であり 44.0 kJ/mol である^{[注ちゅう 4]}^[7]。気化きか熱ねつの大おおきさは、同おなじ物質ぶっしつでも気化きかする状況じょうきょうにより変かわる。通常つうじょうは、1 気圧きあつにおける沸点ふってんでの値ねか、25 ℃ における平衡へいこう蒸気じょうき圧あつでの値ねが物質ぶっしつの蒸発じょうはつ熱ねつとしてデータ集しゅうに記載きさいされている^{[注ちゅう 5]}。例たとえば 1 気圧きあつ、100 ℃ の水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは 2257 kJ/kg であり、飽和ほうわ水蒸気すいじょうき圧あつ（32 hPa）の下したでの 25 ℃ の蒸発じょうはつ熱ねつ 2442 kJ/kg より1割わり近ちかく減少げんしょうする。

固体こたいの場合ばあい

固体こたいが気化きかする場合ばあいは、液体えきたいとは違ちがって、沸騰ふっとうして気体きたいになることはない。固体こたいが気化きかする場合ばあいはいつも、固体こたいの表面ひょうめんから気化きかが起おこる。固体こたいの気化きかを昇華しょうかという。液体えきたいの蒸発じょうはつの場合ばあいと同様どうように、固体こたいの昇華しょうかにはエネルギーが必要ひつようである^{[注ちゅう 6]}。よく知しられた例れいは、ドライアイスの昇華しょうかである。ドライアイスが炭酸たんさんガスに変化へんかするとき、気化きかに必要ひつようなエネルギーを周囲しゅういから熱ねつとして吸収きゅうしゅうするので、熱ねつを奪うばわれた周囲しゅういの温度おんどは下さがる。固体こたいが昇華しょうかするとき、多おおくの場合ばあい、昇華しょうかに必要ひつようなエネルギーは熱ねつとして物質ぶっしつに吸収きゅうしゅうされる。この熱ねつを昇華しょうか熱ねつという。

気化きか熱ねつの利用りよう

液体えきたいや固体こたいは、気化きかするときに周まわりから熱ねつを吸収きゅうしゅうする。この吸熱作用さようを利用りようした技術ぎじゅつの例れいを以下いかに挙あげる。

ヒートポンプ: 多おおくのエアコンや冷蔵庫れいぞうこで使つかわれている技術ぎじゅつ。液体えきたいが気化きかするときに吸収きゅうしゅうした熱ねつ（吸熱作用さよう）を別べつの場所ばしょで放出ほうしゅつさせることにより、温度おんどの低ひくい場所ばしょから温度おんどの高たかい場所ばしょへ熱ねつを運はこぶ。
「蒸気じょうき圧縮あっしゅく冷凍れいとうサイクル」も参照さんしょう
火力かりょく発電はつでん: 燃料ねんりょうの化学かがくエネルギー^{[注ちゅう 1]}を電気でんきエネルギーに変換へんかんする発電はつでん方法ほうほう。燃料ねんりょうの燃焼ねんしょうによりボイラーで水みずが気化きかして水蒸気すいじょうきになる。水蒸気すいじょうきの持もつエネルギーは蒸気じょうきタービンで力学りきがく的てきエネルギーに変換へんかんされる。力学りきがく的てきエネルギーは発電はつでん機きにより電気でんきエネルギーに変換へんかんされる。この一連いちれんの過程かていの中なかで、水蒸気すいじょうきは熱ねつの運はこび手しゅとして働はたらく。
「ランキンサイクル」も参照さんしょう
乾湿かんしつ計けい: 湿度しつど計けいのひとつ。水みずが蒸発じょうはつによって湿しめ球たまから熱ねつを奪うばうことと、湿度しつどにより蒸発じょうはつの速はやさが変かわることを利用りようして、大気たいきの湿度しつどを計測けいそくする。
水みずによる消火しょうか: 消火しょうかに水みずが多おおく使つかわれる主おもな理由りゆうのひとつに、その高たかい蒸発じょうはつ熱ねつが挙あげられる^[8]。水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは1グラム当あたり539カロリー^[8]であり、同どう量りょうの水みずが 0 °C から 100 °C になるまでに周まわりから奪うばう熱ねつの5.39倍ばいに相当そうとうする。
ドライアイスによる保冷ほれい: 二酸化炭素にさんかたんその固体こたいは、常つね圧あつ下かでは融解ゆうかいすることなく気体きたいに変化へんかする。このときの昇華しょうか熱ねつを利用りようして食品しょくひんなどを冷ひやすことができる。
「寒剤かんざい」も参照さんしょう

物性ぶっせい値ちとしての気化きか熱ねつ

物性ぶっせい値ちとは物質ぶっしつの性質せいしつを表あらわす値ねである。この節ふしでは物性ぶっせい値ちとしての気化きか熱ねつ^[3]^[9]について述のべる。

物質ぶっしつの気化きかに必要ひつようなエネルギーは物質ぶっしつの量りょうに比例ひれいする。そのためデータ集しゅうなどでは、物質ぶっしつ 1 キログラム当あたりの値ねまたは物質ぶっしつ 1 モル当あたりの値ねが気化きか熱ねつとして記載きさいされている。単位たんいはそれぞれ kJ/kg （キロジュール毎まいキログラム）および kJ/mol （キロジュール毎ごとモル）である。例たとえば 25 ℃ における水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは 2442 kJ/kg であり 44.0 kJ/mol である^{[注ちゅう 4]}^[7]。熱量ねつりょうの単位たんいとしてカロリーを用もちいるなら、25 ℃ における水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは 584 kcal/kg であり 10.5 kcal/mol である^{[注ちゅう 4]}。

以下いかこの項目こうもくでは物質ぶっしつ 1 モル当あたりの気化きか熱ねつを、単たんにその物質ぶっしつの気化きか熱ねつと呼よぶ。

物質ぶっしつの気化きかに必要ひつようなエネルギーは物質ぶっしつにより異ことなる。例たとえば 25 ℃ におけるメタノールの蒸発じょうはつ熱ねつは 37.5 kJ/mol^{[注ちゅう 4]} であり、同おなじ温度おんどの水みずの蒸発じょうはつ熱ねつ 44.0 kJ/mol^{[注ちゅう 4]} より小ちいさい。おおまかには沸点ふってんの低ひくい液体えきたいほど蒸発じょうはつ熱ねつは小ちいさく、高こう沸点ふってんの液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつは大おおきい。例たとえば沸点ふってん −269 ℃ のヘリウムの蒸発じょうはつ熱ねつは 0.08 kJ/mol であり、沸点ふってんおよそ 5900 ℃ のタングステンの蒸発じょうはつ熱ねつは約やく 800 kJ/mol^[10] である。沸点ふってんが互たがいに近ちかい液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつは、似にた値ねになることが多おおい^{[注ちゅう 7]}。ただし例外れいがいもある。例たとえば、四よん塩化えんか炭素たんそ（沸点ふってん 77 ℃）、エタノール（沸点ふってん 78 ℃）、ベンゼン（沸点ふってん 80 ℃）の蒸発じょうはつ熱ねつは、それぞれ 29.8^[11], 38.6^[12], 30.7^[12] kJ/mol である。四よん塩化えんか炭素たんそとベンゼンの蒸発じょうはつ熱ねつが 3% の精度せいどで一致いっちしているのに対たいして、エタノールの蒸発じょうはつ熱ねつはこれらの物質ぶっしつよりも 30% 近ちかく大おおきい。すなわち、エタノールを気化きかする際さいに必要ひつようとなる熱量ねつりょうは、その沸点ふってんと分子ぶんし量りょうから予想よそうされる量りょうよりも大おおきい。

気化きかに必要ひつようなエネルギーは、同おなじ物質ぶっしつでも気化きかする条件じょうけんによって異ことなる。データ集しゅうに蒸発じょうはつ熱ねつ（または昇華しょうか熱ねつ）として記載きさいされている値ねは、平衡へいこう蒸気じょうき圧あつの下したで 1 モルの純じゅん物質ぶっしつの液体えきたい（または固体こたい）が同どう温あつし同どう圧あつの純粋じゅんすいな気体きたいに変化へんかする際さいに、外部がいぶから吸収きゅうしゅうする熱量ねつりょうである。つまり液体えきたい（または固体こたい）が気体きたいに相あい転移てんいするときの潜熱せんねつである。この過程かていは定圧ていあつ過程かていなので、吸収きゅうしゅうされる熱量ねつりょうはエンタルピーの変化へんか量りょうに等ひとしい。このエンタルピーの変化へんか量りょうを蒸発じょうはつエンタルピー^{[注ちゅう 8]}（または昇華しょうかエンタルピー^{[注ちゅう 9]}）という^[13]。すなわち、データ集しゅうに記載きさいされている蒸発じょうはつ熱ねつは、平衡へいこう蒸気じょうき圧あつの下したでの蒸発じょうはつエンタルピーである。そのため『化学かがく便覧びんらん』（丸善まるぜん出版しゅっぱん）のように、見出みだしが「融解ゆうかい熱ねつ」や「蒸発じょうはつ熱ねつ」ではなく、「融解ゆうかいエンタルピー」や「蒸発じょうはつエンタルピー」となっているデータ集しゅうがある。

同おなじ液体えきたいでも気化きかする温度おんどが高たかくなると、蒸発じょうはつ熱ねつは小ちいさくなる。例たとえば 25 ℃ の水みずの蒸発じょうはつ熱ねつ 44.0 kJ/mol^{[注ちゅう 4]} は、100 ℃ では1割わり近ちかく減少げんしょうして 40.6 kJ/mol となる。そのためデータ集しゅうなどでは、蒸発じょうはつ熱ねつに温度おんどが併記へいきされている。通常つうじょうは、1 気圧きあつにおける沸点ふってんでの値ねか、25 ℃ における平衡へいこう蒸気じょうき圧あつでの値ねが物質ぶっしつの蒸発じょうはつ熱ねつとして記載きさいされている^{[注ちゅう 5]}。蒸発じょうはつ熱ねつの変化へんか量りょうはキルヒホッフの法則ほうそくに従したがって温度おんど差さにほぼ比例ひれいするので、沸点ふってんの高たかい液体えきたいでは沸点ふってんにおける蒸発じょうはつ熱ねつと 25 ℃ における蒸発じょうはつ熱ねつの差さは無視むしできないほど大おおきくなる。例たとえばドデカンでは、沸点ふってん 216 ℃ における蒸発じょうはつ熱ねつは 44 kJ/mol であり、25 ℃ における蒸発じょうはつ熱ねつ 62 kJ/mol^{[注ちゅう 4]} の7割わり程度ていどにまで小ちいさくなる。

気化きか熱ねつの圧力あつりょく依存いぞん性せいは、気化きかした分子ぶんし（や原子げんし）の解離かいりや会合かいごう^{[注ちゅう 10]}が起おこらなければ、蒸気じょうきを理想りそう気体きたいとみなせるような低ひくい圧力あつりょくでは無視むしできる^{[注ちゅう 11]}。よって温度おんどが同おなじであれば、大気たいき中なかへ気化きかするときの気化きか熱ねつは、真空しんくう中なかへ気化きかするときの気化きか熱ねつとほとんど同おなじとみなせる。例たとえば大気たいき圧あつ下か 25 ℃ における水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは、この温度おんどにおける水みずの平衡へいこう蒸気じょうき圧あつ 32 hPa の下したでの値ね、すなわちデータ集しゅうに記載きさいされている 44.0 kJ/mol に事実じじつ上じょう等ひとしい。また、液体えきたいに他たの物質ぶっしつが溶とけているときの蒸発じょうはつ熱ねつは、一般いっぱんには純粋じゅんすいな物質ぶっしつの蒸発じょうはつ熱ねつとは異ことなるが、十分じゅうぶんに希薄きはくな溶液ようえきであればその違ちがいは無視むしできる。例たとえば、空気くうきに触ふれている水みずには酸素さんそ・窒素ちっそ・二酸化炭素にさんかたんそなどが溶とけているため、この水みずの蒸発じょうはつ熱ねつは厳密げんみつには純粋じゅんすいな水みずの蒸発じょうはつ熱ねつとは異ことなる。しかし、大気たいき圧あつ下かでは水みずに溶とけている気体きたいの量りょうが微量びりょうなので、空気くうきの影響えいきょうは無視むしできる。水みず以外いがいのほかの物質ぶっしつでも事情じじょうは同おなじである。大気たいき圧あつ下か 25 ℃ で空気くうきに接せっしている液体えきたいが空気くうき中ちゅうに蒸発じょうはつする際さいの蒸発じょうはつ熱ねつは、蒸気じょうき分子ぶんしの解離かいりや会合かいごうが起おこらなければ、データ集しゅうに記載きさいされている 25 ℃ の平衡へいこう蒸気じょうき圧あつの下したでの純粋じゅんすいな液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつに事実じじつ上じょう等ひとしい。固体こたいが空気くうき中ちゅうに昇華しょうかする際さいの昇華しょうか熱ねつについても同様どうようである。

凝縮ぎょうしゅく熱ねつ

気体きたいが液体えきたいに変化へんかするときに放出ほうしゅつされる熱ねつを凝縮ぎょうしゅく熱ねつ（ぎょうしゅくねつ）または凝結ぎょうけつ熱ねつ（ぎょうけつねつ）という。凝縮ぎょうしゅく熱ねつは潜熱せんねつの一種いっしゅであるので、凝縮ぎょうしゅく潜熱せんねつまたは凝結ぎょうけつ潜熱せんねつともいう。凝縮ぎょうしゅく熱ねつの値ねは、その逆ぎゃく過程かていの蒸発じょうはつ熱ねつの値ねに符号ふごうも含ふくめて等ひとしい。凝縮ぎょうしゅくは発熱はつねつ過程かていであり蒸発じょうはつは吸熱過程かていであるため、定義ていぎにより凝縮ぎょうしゅく熱ねつも蒸発じょうはつ熱ねつも正せいの値ねとなる。それに対たいして凝縮ぎょうしゅくエンタルピー $Δ でるた cond H$ （英語えいご: enthalpy of condensation）は同どう温あつし同どう圧あつの蒸発じょうはつエンタルピー $Δ でるた vap H$ と絶対ぜったい値ちが等ひとしく、符号ふごうが逆ぎゃくになる。なぜなら $Δ でるた vap H$ は液体えきたいが気体きたいに相あい転移てんいするときのエンタルピー変化へんかに等ひとしく、 $Δ でるた cond H$ は気体きたいが液体えきたいに相あい転移てんいするときのエンタルピー変化へんかに等ひとしいからである。蒸発じょうはつエンタルピー $Δ でるた vap H$ は、気体きたい (gas) のモル当あたりのエンタルピー $H m (g)$ から同どう温あつし同どう圧あつの液体えきたい (liquid) のモル当あたりのエンタルピー $H m (l)$ を引ひいたものに等ひとしい。

$\Delta _{\text{vap}}H=H_{\text{m}}({\text{g}})-H_{\text{m}}({\text{l}})$

一方いっぽう、凝縮ぎょうしゅくエンタルピー $Δ でるた cond H$ は

$\Delta _{\text{cond}}H=H_{\text{m}}({\text{l}})-H_{\text{m}}({\text{g}})$

で定義ていぎされる。 $H m (g) > H m (l)$ なので、蒸発じょうはつエンタルピーは常つねに正せいの値ねとなり、凝縮ぎょうしゅくエンタルピーは常つねに負まけの値ねとなる。

蒸発じょうはつ熱ねつと同様どうように、液化えきかで放出ほうしゅつされるエネルギーは、同おなじ物質ぶっしつでも液化えきかする条件じょうけんによって異ことなる。また、液化えきかも気化きかも一般いっぱんには不ふ可逆かぎゃく過程かていなので、対応たいおうする逆ぎゃく過程かていが常つねに存在そんざいするとは限かぎらない。しかし、蒸発じょうはつ熱ねつと同様どうように考かんがえると次つぎのことがわかる：常温じょうおん常つね圧あつの空気くうきに含ふくまれる、ある物質ぶっしつの蒸気じょうきが凝縮ぎょうしゅくする際さいに放出ほうしゅつする熱量ねつりょうは、データ集しゅうに記載きさいされている 25 ℃ の平衡へいこう蒸気じょうき圧あつの下したでの、その物質ぶっしつの純粋じゅんすいな液体えきたいの蒸発じょうはつ熱ねつにほぼ等ひとしい。

水みずの潜熱せんねつと気象きしょう

フェーン現象げんしょう: 大気たいき中ちゅうの水分すいぶんの凝縮ぎょうしゅく熱ねつが原因げんいんとなって起おこる気象きしょう現象げんしょう。

気化きか熱ねつと分子ぶんし間あいだ力りょく

気化きか熱ねつは、液体えきたいや固体こたい中ちゅうで分子ぶんし間あいだに働はたらく分子ぶんし間あいだ力りょくに、分子ぶんしが打うち勝かつためのエネルギーであると解釈かいしゃくされる^[6]。

希まれガス

ヘリウムの蒸発じょうはつ熱ねつが 0.08 kJ/mol と極端きょくたんに小ちいさいのは、ヘリウム原子げんしの間あいだに働はたらくファンデルワールス力りょくが非常ひじょうに弱よわいためである。希まれガス原子げんし間あいだに働はたらくファンデルワールス力りょくは原子げんし量りょうが大おおきいほど強つよくなるので、蒸発じょうはつ熱ねつはヘリウムの 0.083 kJ/mol からキセノンの 12.6 kJ/mol まで単調たんちょうに増加ぞうかする。

水素すいそ結合けつごう

室温しつおんで気体きたいとして存在そんざいする物質ぶっしつの蒸発じょうはつ熱ねつは、トルートンの規則きそくより、25 kJ/mol 程度ていどかそれ以下いかである。おおまかには、分子ぶんし量りょうが大おおきくなるほど蒸発じょうはつ熱ねつも大おおきくなる^{[注ちゅう 12]}。例たとえば、エタン（分子ぶんし量りょう 30）、プロパン（分子ぶんし量りょう 44）、ブタン（分子ぶんし量りょう 58）の蒸発じょうはつ熱ねつは、それぞれ 14.7, 18.8, 22.4 kJ/mol であり、分子ぶんし量りょうとともに大おおきくなる。ところが、分子ぶんし量りょう 18 の水みず H₂O の蒸発じょうはつ熱ねつ 40.6 kJ/mol は、分子ぶんし量りょう 16 のメタン CH₄ の蒸発じょうはつ熱ねつ 8.2 kJ/mol や分子ぶんし量りょう 34 の硫化りゅうか水素すいそ H₂S の蒸発じょうはつ熱ねつ 18.6 kJ/mol と比くらべると、異常いじょうに大おおきい。これは、液体えきたい中ちゅうの水分すいぶん子この間あいだには水素すいそ結合けつごうが働はたらいているためである^[14]。分子ぶんし量りょう 17 のアンモニア NH₃ の蒸発じょうはつ熱ねつが大おおきくて沸点ふってんが高たかいことも、液体えきたい中ちゅうのアンモニア分子ぶんしの間あいだに働はたらく水素すいそ結合けつごうで説明せつめいできる。

気体きたいの不完全性ふかんぜんせい

蒸発じょうはつ熱ねつの実測じっそく値ちは、トルートンの規則きそくからの予測よそく値ちと大おおきく異ことなることがある。例たとえば、ギ酸ぎさんの沸点ふってん 101 ℃ は水みずの沸点ふってんとほとんど同おなじであるが、ギ酸ぎさんの蒸発じょうはつ熱ねつ 22.7 kJ/mol は水みずの蒸発じょうはつ熱ねつの約やく半分はんぶんである^[12]。酢酸さくさんの蒸発じょうはつ熱ねつも同様どうようで、予想よそうされる値ねの半分はんぶん程度ていどである。これは、これらのカルボン酸さん分子ぶんしが気体きたい中ちゅうで水素すいそ結合けつごうにより二に量りょう体からだを形成けいせいしているためである。また、水みず H₂O やアンモニア NH₃ と同おなじように液体えきたい中ちゅうの分子ぶんし間あいだに水素すいそ結合けつごうが働はたらいているはずの、フッ化か水素すいそ HF（沸点ふってん 20 ℃）の蒸発じょうはつ熱ねつは異常いじょうに小ちいさく、7.5 kJ/mol である^[11]。これも HF 分子ぶんしが気体きたい中ちゅうで多量たりょう体たい (HF)_n を形成けいせいしていると考かんがえれば説明せつめいできる。これらの例れいほど顕著けんちょではなくても、蒸発じょうはつ熱ねつの実測じっそく値ちは一般いっぱんに、気体きたいの不完全性ふかんぜんせいの影響えいきょうを受うける^[15]。そのため、液体えきたい中ちゅうで分子ぶんし間あいだに働はたらく分子ぶんし間あいだ力りょくを蒸発じょうはつ熱ねつに基もとづいて議論ぎろんするには、気体きたいの不完全ふかんぜんさの補正ほせいが必要ひつようである。

標準ひょうじゅん蒸発じょうはつエンタルピー

標準ひょうじゅん圧力あつりょく $p °$ の下したで液体えきたいが仮想かそう的てきな理想りそう気体きたいに相あい転移てんいするときの蒸発じょうはつエンタルピーを、標準ひょうじゅん蒸発じょうはつエンタルピー（英語えいご: standard enthalpy of vaporization）という^[16]。標準ひょうじゅん蒸発じょうはつエンタルピーを表あらわす記号きごうは $Δ でるた vap H °$ であり、気体きたいが仮想かそう的てきな状態じょうたいであることを示しめす記号きごう $°$ が蒸発じょうはつエンタルピーを表あらわす記号きごう $Δ でるた vap H$ の右肩みぎかたに付ついている^[17]。標準ひょうじゅん圧力あつりょく $p °$ は 1 bar または 1 atm である。温度おんどは何なん度どでもよいが、通常つうじょうは 25 ℃ における値ねがデータ集しゅうに記載きさいされている^[16]。標準ひょうじゅん蒸発じょうはつエンタルピー $Δ でるた vap H °$ は、仮想かそう的てきな理想りそう気体きたいの標準ひょうじゅん生成せいせいエンタルピー $Δ でるた f H °(g)$ から液体えきたいの標準ひょうじゅん生成せいせいエンタルピー $Δ でるた f H °(l)$ を引ひいたものに等ひとしい。データ集しゅう^[18]^[19]^[20]に記載きさいの $Δ でるた f H °$ から計算けいさんした $Δ でるた vap H °$ を表ひょうに示しめす。

標準ひょうじゅん蒸発じょうはつエンタルピー (25 ℃, 1 bar)
物質ぶっしつ	分子ぶんし式しき	$Δ でるた vap H ° / kJ mol -1$
フッ化か水素すいそ	HF	28.7
四よん塩化えんか炭素たんそ	CCl₄	32.5
メタノール	CH₃OH	38.0
エタノール	C₂H₅OH	42.6
水みず	H₂O	44.0
ギ酸ぎさん	HCOOH	46.2
酢酸さくさん	CH₃COOH	52.2

これらの $Δ でるた vap H °$ の値ねは、25 ℃ の液体えきたい中ちゅうの分子ぶんし間あいだの結合けつごうを断たち切きるのに必要ひつようなエネルギーに相当そうとうする。25 ℃ の平衡へいこう蒸気じょうき圧あつ $p sat$ で気き相しょうの分子ぶんし間あいだ力りょくが無視むしできる場合ばあいは、 $Δ でるた vap H °(25 °C)$ と $Δ でるた vap H (25 °C, p sat)$ の違ちがいは無視むしできるほど小ちいさい。

金属きんぞくの気化きか熱ねつ

いくつかの例外れいがい（ビスマス、水銀すいぎん、アンチモン、アルカリ金属きんぞく）を除のぞくと、気き液えき平衡へいこうにある金属きんぞく蒸気じょうきは単たん原子げんし理想りそう気体きたいとみなせる^[21]。したがって、これらの例外れいがいを除のぞけば不完全ふかんぜん気体きたいの補正ほせいは不要ふようであり、データ集しゅうに記載きさいされている金属きんぞくの蒸発じょうはつ熱ねつの値ねはそのまま、金属きんぞく原子げんしが金属きんぞく結合けつごうに打うち勝かって沸騰ふっとうするために必要ひつようなエネルギーとみなせる。気き液えき平衡へいこうにあるビスマス蒸気じょうきは Bi 原子げんしと Bi₂ 分子ぶんしを同どう程度ていどに含ふくむ混合こんごう物ぶつなので、それぞれの蒸発じょうはつ熱ねつを求もとめるには二ふたつの化学かがく種しゅの分ぶん圧あつを求もとめる必要ひつようがある^[22]。

金属きんぞくのモル当あたりの昇華しょうか熱ねつは、金属きんぞく結合けつごうで結むすばれた 1 モルの金属きんぞく結晶けっしょうの塊かたまりをバラバラにして 6.02×10²³ 個この原子げんしにするのに必要ひつようなエネルギーに相当そうとうする。遷移せんい金属きんぞくの昇華しょうか熱ねつは、数すう百ひゃくキロジュール毎ごとモルの程度ていどである。

金属きんぞくは概がいして高こう融点ゆうてん・高こう沸点ふってんであり、金属きんぞくの違ちがいによる沸点ふってんの差さも大おおきい。そのため、金属きんぞく結合けつごうの結合けつごうエネルギーを評価ひょうかする場合ばあい、蒸発じょうはつ熱ねつよりも昇華しょうか熱ねつの方ほうが有用ゆうようである。標準ひょうじゅん圧力あつりょく $p °$ の下したで固体こたいが仮想かそう的てきな理想りそう気体きたいに相あい転移てんいするときの昇華しょうかエンタルピーを、標準ひょうじゅん昇華しょうかエンタルピー（英語えいご: standard enthalpy of sublimation）という。記号きごうは $Δ でるた sub H °$ である。昇華しょうかエンタルピーを表あらわす記号きごう $Δ でるた sub H$ の右肩みぎかたに記号きごう $°$ を付つけて、気体きたいが仮想かそう的てきな状態じょうたいであることを示しめしている^[17]。標準ひょうじゅん圧力あつりょく $p °$ は 1 bar または 1 atm である。温度おんどは何なん度どでもよいが、通常つうじょうは 25 ℃ における値ねがデータ集しゅうに記載きさいされている^[16]。水銀すいぎんを除のぞく全すべての単体たんたい金属きんぞくは 25 ℃、1 bar で固体こたいであるので、単体たんたい金属きんぞくの固体こたいの標準ひょうじゅん生成せいせいエンタルピー $Δ でるた f H °(s; 25 °C)$ はゼロである。よって、25 ℃ における（水銀すいぎん以外いがいの）金属きんぞくの標準ひょうじゅん昇華しょうかエンタルピー $Δ でるた sub H °(25 °C)$ は、データ集しゅうに記載きさいされている金属きんぞく原子げんしの標準ひょうじゅん生成せいせいエンタルピー $Δ でるた f H °(g; 25 °C)$ に等ひとしい。

金属きんぞくの標準ひょうじゅん昇華しょうかエンタルピー (25 ℃, 1 bar)^[23]
金属きんぞく	元素げんそ記号きごう	$Δ でるた sub H ° / kJ mol -1$
セシウム	Cs	076.06
カリウム	K	089.24
ナトリウム	Na	107.32
カドミウム	Cd	112.01
亜鉛あえん	Zn	130.73
マグネシウム	Mg	147.70
リチウム	Li	159.37
カルシウム	Ca	178.2
バリウム	Ba	180
鉛なまり	Pb	195.0
ビスマス	Bi	207.1
銀ぎん	Ag	284.55
スズ	Sn	302.1
ベリリウム	Be	324.3
アルミニウム	Al	326.4
銅どう	Cu	338.32
金きむ	Au	366.1
クロム	Cr	396.6
鉄てつ	Fe	416.3

上うえの表ひょうに挙あげた標準ひょうじゅん昇華しょうかエンタルピー $Δ でるた sub H °$ の値ねは、金属きんぞく結合けつごうで結むすばれた 1 モルの金属きんぞく結晶けっしょうの塊かたまりを 6.02×10²³ 個この原子げんしまでバラバラにするのに必要ひつようなエネルギーに相当そうとうする。すなわち、 $Δ でるた sub H °(25 °C)$ はこれらの金属きんぞくの 25 ℃ における原子げんし化か熱ねつ（英語えいご版ばん）に等ひとしい。金属きんぞくの原子げんし化か熱ねつは、ボルン・ハーバーサイクルを用もちいてイオン結晶けっしょうの格子こうしエネルギーを計算けいさんする際さいに必要ひつようとなる数値すうちである。

脚注きゃくちゅう

注釈ちゅうしゃく

^ ^a ^b 物質ぶっしつの化学かがく変化へんかに伴ともなって放出ほうしゅつされるエネルギーのこと。
^ 蒸発じょうはつの始はじめの段階だんかいでは水みず自身じしんの持もつエネルギーを使つかって蒸発じょうはつが起おこり、水みずの温度おんどが少すこし下さがる。水みずの温度おんどが食器しょっきや衣服いふくや周まわりの空気くうきよりも低ひくくなると、水みずが周まわりから熱ねつを吸収きゅうしゅうできるようになる。
^ 非ひ接触せっしょく温度おんど計けいを除のぞく。
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g 平衡へいこう蒸気じょうき圧あつの下したでの値ね。
^ ^a ^b 本文ほんぶん中ちゅうで引用いんようした蒸発じょうはつ熱ねつの値ねは、とくに断ことわらない限かぎり、1 気圧きあつにおける沸点ふってんでの値ねである。
^ 気体きたいから固体こたいに変化へんかする現象げんしょうを指さして昇華しょうかということもある。気体きたいから固体こたいに変化へんかする昇華しょうかの場合ばあいは、エネルギーは放出ほうしゅつされる。
^ この経験けいけん則そくはトルートンの規則きそくと呼よばれる。モル当あたりの蒸発じょうはつ熱ねつに特有とくゆうの性質せいしつで、キログラム当あたりの蒸発じょうはつ熱ねつにこの様ような性質せいしつはない。
^ 英語えいご: enthalpy of vaporization。これを直訳ちょくやくすると「気化きかエンタルピー」となるが、『学術がくじゅつ用語ようご集しゅう化学かがく編へん（増ぞう訂てい2版はん）』では「蒸発じょうはつエンタルピー」の訳わけをあてている。
^ 英語えいご: enthalpy of sublimation。
^ 分子ぶんしが二に量りょう体からだになったり多量たりょう体たいになったり、原子げんしが化学かがく結合けつごうして二に原子げんし分子ぶんしや多た原子げんし分子ぶんしになったりすること。
^ 気き相しょうを理想りそう混合こんごう気体きたいとみなせるなら、蒸気じょうきのエンタルピーは分ぶん圧あつに依存いぞんしない。凝縮ぎょうしゅく相しょうのエンタルピーの圧力あつりょく依存いぞん性せいは、熱ねつ力学りきがく的てき状態じょうたい方程式ほうていしきを使つかうと凝縮ぎょうしゅく相しょうのモル体積たいせきと熱ねつ膨張ぼうちょう率りつから概算がいさんできる。圧力あつりょく差さが 1 気圧きあつ程度ていどであれば凝縮ぎょうしゅく相しょうのエンタルピー差さは 0.01 kJ/mol を超こえない。
^ あくまでも、おおまかには、である。例たとえば、ペンタン（室温しつおんで液体えきたい）とネオペンタン（室温しつおんで気体きたい）の蒸発じょうはつ熱ねつはそれぞれ 25.8 kJ/mol と 22.8 kJ/mol であるが、分子ぶんし量りょうはどちらも 72 である。

出典しゅってん

^ 『化学かがく辞典じてん』「蒸発じょうはつ熱ねつ」。
^ 『標準ひょうじゅん化学かがく用語ようご辞典じてん』「蒸発じょうはつ熱ねつ」。
^ ^a ^b 『新しん物理ぶつり小しょう事典じてん』「気化きか熱ねつ」。
^ 『大辞林だいじりん第だい三さん版はん』「気化きか熱ねつ」.
^ 『デジタル大辞泉だいじせん』「気化きか熱ねつ」.
^ ^a ^b 関せき 1997, p. 214.
^ ^a ^b 特記とっきない限かぎり本文ほんぶん中ちゅうの蒸発じょうはつ熱ねつは次つぎのサイトに依よる： “Thermophysical Properties of Fluid Systems”. NIST. 2017年ねん3月がつ19日にち閲覧えつらん。
^ ^a ^b “東京とうきょう消防庁しょうぼうちょう＜消防しょうぼうマメ知識ちしき＞＜消防しょうぼう雑学ざつがく事典じてん＞”. 東京とうきょう消防庁しょうぼうちょう. 2017年ねん3月がつ19日にち閲覧えつらん。
^ 『物理ぶつり学がく辞典じてん』「蒸発じょうはつ熱ねつ」。
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^ ^a ^b 『化学かがく便覧びんらん』表ひょう10.55。
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^ 『標準ひょうじゅん化学かがく用語ようご辞典じてん』「蒸発じょうはつエンタルピー」。
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^ ^a ^b ^c 『アトキンス物理ぶつり化学かがく』 p. 49.
^ ^a ^b 『グリーンブック』 p.73.
^ NBS 1982, Table 2:H.
^ NBS 1982, Table 9:F.
^ NBS 1982, Table 23:C.
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^ 『ルイス＝ランドル熱ねつ力学りきがく』 p. 549.
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参考さんこう文献ぶんけん

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