Evaporarea este un tip de vaporizare, care se produce pe suprafața unui lichid pe măsură ce se transformă în faza gazoasă. Gazul înconjurător nu trebuie saturat cu substanța evaporată. Atunci când moleculele lichidului se ciocnesc, ele transferă energia unul altuia în funcție de cum se ciocnesc. Când o moleculă din apropierea suprafeței absoarbe suficientă energie pentru a depăși presiunea de vapori, ea va „scăpa” și va intra în aerul din jur ca un gaz. Când se produce evaporarea, energia îndepărtată din lichidul vaporizat va reduce temperatura lichidului rezultând răcirea prin evaporare.
În medie, doar o fracțiune din moleculele dintr-un lichid are suficientă energie termică pentru a scăpa de lichid. Evaporarea va continua până când se va atinge un echilibru atunci când evaporarea lichidului este egală cu condensarea sa. Într-un mediu închis, lichidul se va evapora până când aerul înconjurător va fi saturat.
(Evaporarea în ciclul apei)
Evaporarea este o parte esențială a ciclului apei. Soarele (energia solară) conduce la evaporarea apei din oceane, lacuri, umiditate în sol și alte surse de apă. În hidrologie, evaporarea și transpirația (care implică evaporarea în stomatele plantelor) sunt denumite în mod colectiv evapotranspirație. Evaporarea apei apare atunci când suprafața lichidului este expusă, permițând moleculelor să scape și să formeze vapori de apă; acești vapori se pot ridica apoi și forma nori. Cu suficientă energie, lichidul se va transforma în vapori.
Teorie
Pentru ca moleculele unui lichid să se evapore, ele trebuie să fie situate în apropierea suprafeței, trebuie să se deplaseze în direcția corectă și să aibă suficientă energie cinetică pentru a depăși forțele intermoleculare în fază lichidă. Atunci când numai o mică parte din molecule îndeplinesc aceste criterii, rata de evaporare este scăzută. Deoarece energia cinetică a unei molecule este proporțională cu temperatura acesteia, evaporarea se realizează mai repede la temperaturi mai ridicate. Pe măsură ce moleculele care se deplasează mai rapid scapă, moleculele rămase au o energie cinetică medie mai mică, iar temperatura lichidului scade. Acest fenomen este denumit și răcire prin evaporare. De aceea transpirația prin evaporare răcește corpul uman. Evaporarea tinde, de asemenea, să se desfășoare mai repede cu debite mai mari între faza gazoasă și cea lichidă și în lichide cu presiune mai mare a vaporilor. De exemplu, rufele pe o frânghie pentru rufe se vor usca (prin evaporare) mai repede într-o zi cu vânt decât într-o zi liniștită. Trei părți cheie ale evaporării sunt căldura, presiunea atmosferică (determină umiditatea procentuală) și mișcarea aerului.
La nivel molecular, nu există o limită strictă între starea lichidă și starea de vapori. În schimb, există un strat Knudsen, unde faza este nedeterminată. Deoarece acest strat are doar câteva molecule grosime, la scară macroscopică nu se poate vedea o interfață clară de tranziție de fază.
Lichidele care nu se evaporă vizibil la o anumită temperatură într-un anumit gaz (de exemplu, ulei de gătit la temperatura camerei) au molecule care nu tind să transfere energia mutual într-un model suficient pentru a da frecvent unei molecule energia termică necesară pentru a se transforma în vapori. Totuși, aceste lichide se evaporă. Doar că procesul este mult mai lent și astfel semnificativ mai puțin vizibil.
Echilibru evaporativ
(Presiunea de vapori a apei vs. temperatură. 760 Torr = 1 atm.)
Dacă evaporarea are loc într-o zonă închisă, moleculele care scapă se acumulează ca vapori deasupra lichidului. Multe dintre molecule se întorc în lichid, moleculele care se întorc devin mai frecvente pe măsură ce densitatea și presiunea vaporilor cresc. Atunci când procesul de evadare și de întoarcere ajunge la un echilibru, vaporii se consideră a fi „saturați” și nu se mai pot produc alte schimbări nici în presiunea vaporilor, nici în densitatea sau temperatura lichidului. Pentru un sistem format din vapori și lichide dintr-o substanță pură, această stare de echilibru este direct legată de presiunea de vapori a substanței. Rata de evaporare într-un sistem deschis este legată de presiunea de vapori găsită într-un sistem închis. Dacă se încălzește un lichid, atunci când presiunea de vapori atinge presiunea ambientală, lichidul se va fierbe.
Abilitatea unei molecule de lichid de a se evapora se bazează în mare parte pe cantitatea de energie cinetică pe care o particulă o poate avea. Chiar și la temperaturi mai scăzute, moleculele individuale ale unui lichid se pot evapora dacă au mai mult decât cantitatea minimă de energie cinetică necesară pentru vaporizare.
Factorii care influențează rata de evaporare
Notă: Aerul folosit aici este un exemplu obișnuit; cu toate acestea, faza de vapori poate fi și alte gaze.
Concentrația substanței care se evaporă în aer: Dacă aerul are deja o concentrație mare de substanță evaporată, atunci substanța dată se va evapora mai lent.
Concentrația altor substanțe în aer: Dacă aerul este deja saturat cu alte substanțe, acesta poate avea o capacitate mai scăzută pentru evacuarea substanței.
Debitul aerului: Acest lucru este în parte legat de punctele de concentrare de mai sus. Dacă aerul „proaspăt” (adică aerul care nu este deja saturat cu substanța și nici cu alte substanțe) se deplasează tot timpul deasupra substanței, atunci este mai puțin probabil ca concentrația substanței în aer să crească cu timpul, astfel încurajând evaporarea mai rapidă. Acesta este rezultatul scăderii stratului limită de la suprafața evaporării cu viteza de curgere, micșorând distanța de difuzie în stratul stagnat.
Forțe intermoleculare: Cu cât forțele sunt mai puternice menținând moleculele împreună în stare lichidă, cu atât mai multă energie are nevoie pentru a scăpa. Aceasta se caracterizează prin entalpia de vaporizare.
Presiune: Evaporarea se întâmplă mai repede dacă există a forță mai mică pe suprafață care împiedică mișcarea moleculelor.
Suprafața: O substanță care are o suprafață mai mare se va evapora mai repede, deoarece există mai multe molecule de suprafață pe unitate de volum care sunt capabile să scape.
Temperatura substanței: cu cât este mai mare temperatura substanței, cu atât este mai mare energia cinetică a moleculelor la suprafața acesteia și, prin urmare, cu atât mai mare este viteza de evaporare.
În serviciile meteorologice naționale se măsoară rata reală de evaporare de la o suprafață de apă deschisă standard în aer liber, în diverse locații la nivel național. Datele sunt colectate și compilate într-o hartă anuală de evaporare.
Lasă un răspuns