蒸発熱
燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方法。燃料の燃焼によりボイラーで水が気化して水蒸気になる。水蒸気の持つエネルギーは蒸気タービンで力学的エネルギーに変換される。力学的エネルギーは発電機により電気エネルギーに変換される。この一連の過程の中で、水蒸気は熱の運び手として働く。「ランキンサイクル」も参照
標準圧力 p° の下で液体が仮想的な理想気体に相転移するときの蒸発エンタルピーを、標準蒸発エンタルピー(英語: standard enthalpy of vaporization)という。標準蒸発エンタルピーを表す記号は ΔvapH° であり、気体が仮想的な状態であることを示す記号 ° が蒸発エンタルピーを表す記号 ΔvapH の右肩に付いている。標準圧力 p° は 1 bar または 1 atm である。温度は何度でもよいが、通常は 25 °C における値がデータ集に記載されている。標準蒸発エンタルピー ΔvapH° は、仮想的な理想気体の標準生成エンタルピー ΔfH°(g) から液体の標準生成エンタルピー ΔfH°(l) を引いたものに等しい。データ集に記載の ΔfH° から計算した ΔvapH° を表に示す。
これらの ΔvapH° の値は、25 °C の液体中の分子間の結合を断ち切るのに必要なエネルギーに相当する。25 °C の平衡蒸気圧 psat で気相の分子間力が無視できる場合は、ΔvapH°(25 °C) と ΔvapH(25 °C, psat) の違いは無視できるほど小さい。
7 kJ/mol である。四塩化炭素とベンゼンの蒸発熱が 3% の精度で一致しているのに対して、エタノールの蒸発熱はこれらの物質よりも 30% 近く大きい。すなわち、エタノールを気化する際に必要となる熱量は、その沸点と分子量から予想される量よりも大きい。
気化に必要なエネルギーは、同じ物質でも気化する条件によって異なる。データ集に蒸発熱(または昇華熱)として記載されている値は、平衡蒸気圧の下で 1 モルの純物質の液体(または固体)が同温同圧の純粋な気体に変化する際に、外部から吸収する熱量である。つまり液体(または固体)が気体に相転移するときの潜熱である。この過程は定圧過程なので、吸収される熱量はエンタルピーの変化量に等しい。このエンタルピーの変化量を蒸発エンタルピー(または昇華エンタルピー)という。すなわち、データ集に記載されている蒸発熱は、平衡蒸気圧の下での蒸発エンタルピーである。そのため『化学便覧』(丸善出版)のように、見出しが「融解熱」や「蒸発熱」ではなく、「融解エンタルピー」や「蒸発エンタルピー」となっているデータ集がある。
同じ液体でも気化する温度が高くなると、蒸発熱は小さくなる。例えば 25 °C の水の蒸発熱 44.0 kJ/mol は、100 °C では1割近く減少して 40.6 kJ/mol となる。そのためデータ集などでは、蒸発熱に温度が併記されている。通常は、1 気圧における沸点での値か、25 °C における平衡蒸気圧での値が物質の蒸発熱として記載されている。