化學原理啟迪416
1.
我們已經討論過物質三相的一般性質，接下來我們將探討物質改變相的過程。關於相的改變，有一個非常熟悉的例子，液體放在開放的容器裡會蒸發。
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2.
確實有證據指出，液體分子會從液體表面蒸發變成水蒸氣，稱為蒸發或汽化vaporization or
evaporation，這個程序是吸熱的，因為需要能量去克服溶液狀態下分子間的強大引力。
3.
在1大氣壓下蒸發1莫耳氣體所需的能量，稱為蒸發熱heat of vaporization，或者汽化焓enthalpy
of vaporization，簡寫為ΔH°vap。
4.
蒸發會吸熱的特質能應用在許多方面。在我們的生活世界，水的其中一個重要角色是冷卻；液態水分子間存在強力氫鍵，所以水含有相當大的蒸發熱vaporization 40.7kJ/mol。
5.
太陽照射地球的能量，較大的比例用於蒸發海洋、湖泊和河流的水分，較小的比例用來溫暖地球。水的蒸發對身體溫度的調控也十分重要，系統經由呼吸作用蒸發水分調控身體溫度。
蒸汽壓Vapor pressure
6.
當液體放置於密閉容器內，一開始液體稍微減少，最後停止在某一位置，保持份量不變。
7.
一開始溶液減少是因為有部分分子從液體蒸發到空氣中（圖a）。然而，隨著蒸發的氣體分子數量逐漸增加，分子從氣體返回液體的速率也逐漸加快。蒸發的氣體分子再度形成液體，整個過程稱為濃縮condensation。
8.
最後，蒸發到液體之上的氣體分子，數量累積得夠多，因此濃縮的速率等於蒸發的速率（圖b）；到了這一步，液體量或蒸汽量都不再有任何淨改變，因為這二個相反的程序會互相平衡；系統處於平衡狀態。
9.
特別留意，從分子層次來看，容器內的系統是高度動態的；分子持續、高速地從液體蒸發到氣體，又從氣體回到液體。雖然如此，容器內的液體沒有任何淨改變，因為這二個相反的變化程序平衡了彼此。
10.
平衡狀態下蒸發的壓力，稱為平衡蒸汽壓equilibrium vapor pressure，或者說液體的蒸汽壓力vapor
pressure。
11.
我們可用簡單的水銀氣壓計測量液體的蒸汽壓。首先將要測量的液體注射到水銀汞柱的底部，因為水銀的密度很大，所以注入的液體從水銀汞柱的底部，浮到汞柱頂端的表面，汞柱表面的液體部分蒸發到上方的真空區域；
12.
這些蒸汽的壓力將水銀汞柱往下壓，使部分水銀被壓出玻璃管。系統達到平衡後，我們再利用水銀拱柱的高度判斷蒸汽壓。
13.
因為「1大氣壓Patm」，是「液體蒸汽壓Pvapor」加「水銀汞柱的壓力P
Hg
column」；所以，「液體蒸汽壓Pvapor」等於「1大氣壓Patm」減「水銀汞柱的壓力P
Hg
column」
Since
Patm＝Pvapor＋PHg column
Thus
Pvapor＝Patm－PHg
column
14.
不同液體的蒸汽壓差距很大，蒸汽壓非常大的液體稱為揮發物volatile，這類液體放在開放的盤面上很快就蒸發。
15.
液體的蒸汽壓，取決於液體分子間引力的大小。分子間引力較大的液體，蒸汽壓比較低，因為這些分子需要比較高的能量才能破壞分子間的引力，進入蒸汽狀態。
16.
舉例來說，雖然水的莫耳量比乙醚低（每莫耳水分子的質量比每莫耳乙醚輕），但是因為液態水分子之間有強大的氫鍵，使得水分子的蒸汽壓遠低於乙醚diethyl ether。
17.
徐弘毅注：我們的生活感覺是，比較輕的東西應該比較容易浮起來，例如氫氣球裡面的氫分子的重量，比混合各種氣體的空氣分子的平均重量，更輕盈，所以氫氣球在空氣中會浮起來；
可是觀察液體的蒸發卻不是這樣，水分子比較輕，乙醚分子比較重，結果乙醚分子比較容易從液態浮起來變成氣體分子，為什麼？因為水分子間的引力比較大，這股分子間的拉力，抑制水分子脫離液體變成氣體。
18.
一般而言，莫耳量較大的物質，蒸汽壓較小，主要是因為這種物質彼此之間有較大的倫敦分散力dispersion forces。物質的電子愈多，極化得愈厲害，倫敦分散力也更強。
19.
注：氫鍵的強度是1~10kcal/mol，分散力的強度小於1kcal/mol。所以如果液態物質的組成分子之間的力量是氫鍵，彼此引力強烈，需要灌注較多能量才會蒸發；如果液態物質組成分子之間的力量是分散力，彼此的引力微弱，少量的能量即能使物質蒸發。
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