蒸発熱と気化熱の基礎知識

蒸発熱（じょうはつねつ、英語: heat of evaporation）または気化熱（きかねつ、英語: heat of vaporization）とは、液体を気体に変化させるために必要な熱エネルギーのことである。気化熱は潜熱の一種であり、液体から気体への相転移に伴って物質に吸収される。一方、固体を気体に直接変化させるために必要な熱は昇華熱（しょうかねつ、英語: heat of sublimation）と呼ばれる。単に気化熱という場合は液体の蒸発熱を指すことが多く、液体の蒸発熱と固体の昇華熱を合わせて広義の気化熱と呼ぶこともある。

気化とエネルギーの吸収

液体が気体になる現象には、沸騰によるものと蒸発によるものがある。いずれの場合も気化にはエネルギーが必要であり、多くの場合、周囲や熱源から熱として供給される。沸騰の場合は、コンロの加熱などによって外部から集中的に熱エネルギーが供給される。これに対し、自然に水が蒸発する場合には、食器や衣服、周囲の空気などが熱エネルギーの供給源となり、熱を奪われた周囲の温度が低下する現象を引き起こす。

物性値としての気化熱と熱力学的性質

物質の気化に必要なエネルギーは物質の量に比例するため、データ集などでは1キログラム当たり（kJ/kg）または1モル当たり（kJ/mol）の値として記載されている。平衡蒸気圧の下で純物質が同温同圧の気体に変化する際に外部から吸収する熱量は、定圧過程におけるエンタルピーの変化量に等しく、これを蒸発エンタルピーと呼ぶ。同じ物質であっても、気化する温度が高くなると蒸発熱は小さくなる傾向がある。

凝縮熱との関係

気体が液体に変化する（液化する）ときに放出される熱は凝縮熱（ぎょうしゅくねつ、英語: heat of condensation）または凝結熱と呼ばれる。凝縮熱の値は、同じ温度および圧力における蒸発熱の値と符号も含めて等しい。凝縮は発熱過程、蒸発は吸熱過程であり、対応する凝縮エンタルピーは蒸発エンタルピーと絶対値が等しく符号が逆になる。

分子間力との関係

微視的な観点において、モル当たりの蒸発熱は、液体や固体の中で分子間に働く引力（分子間力）に分子が打ち勝つためのエネルギーと解釈される。例えば、貴ガス原子間に働くファンデルワールス力は原子量が大きくなるにつれて強くなるため、蒸発熱もヘリウムのような極小の値からキセノンのような比較的大きな値まで単調に増加する。また、水素結合などの強い分子間力が働く物質では、通常の分子量から予想される値よりも蒸発熱が大きくなる傾向がある。