先来回答水为何会蒸发?首先,大家要先建立一个观念,蒸发是液体表面「汽化」的过程,与另一汽化过程「沸腾」不同的是,蒸发只会发生于液体的表面,而且可在任何温度下发生。从物理学的角度,蒸发的发生是由于液体粒子流动时互相发生不同程度的碰撞,这些碰撞使接近液体表面的粒子拥有足够能量从液体中逃逸出去,形成蒸发现象。
形成蒸发的因素有很多种,像是温度、湿度、气压及空气流动速度。就像人体的出汗,就是人体因为周遭环境温度上升,为了不使体内温度过高而感到不适,人体皮肤下的汗腺就会分泌汗液,使其蒸发带走体内过高的温度,从而保持体温正常。值此同时,你把热量排出体外,身体就需要「吸热」来维持能量守恒了!
当相变是由固态转为液态再转为气态,能量改变是「吸热性,endothermic」的,这是因为气态的水比液态水 (等质量、等温度) 所含的能量大,将水转水蒸气需要能量,水蒸气就是释放能量的物体。这里我们可以用个物理量来衡量。当物体由固态转为液态,该物体将吸收潜热。何谓潜热?在热化学中,物质在物态变化(相变)过程中,在温度没有变化的情况下,吸收或释放的能量就称之为「潜热」。
根据下表来比较不同温度下的蒸发潜热 (注) 可以发现,随着温度升高,蒸发潜热递减,这表示温度越高时,用来打断水分子间氢键的能量就越少些。大自然中存在着三相间变化,产生了潜热的转换传递,从而影响了大气的热平衡。再从水分子运动的角度来看,液相水分子可以在一定范围内自由移动,由于分子不动地运动,使得水表面有一些水分子跑到空气中,这些跑到空气中的水分子完全失去了束缚,变成了水蒸气,这就是蒸发。
水蒸发潜热对照表
注:
蒸发潜热是指在恒定温度下,使某物质由液相转变为气相所需要的热量。在 26℃ 时,水的蒸发潜热是 582.5kcal/kg,是所有已知溶剂中最高的。水蒸发潜热高也是由于水分子间氢键的影响,水蒸发的能量大部分用于打断水分子间的氢键。