蒸発熱
一方、液体が蒸発するときにもエネルギーが必要なことは、沸騰のときと比べると少し実感しにくい。水に濡れた食器や衣服は、乾燥機を使わなくても自然に乾くからである。乾燥機を使ったときのエネルギー源は、先の例と同じように電気エネルギーである。それに対して、自然に水が蒸発して乾くときのエネルギー源は、食器や衣服、そして周りの空気である。食器や衣服や空気のエネルギーが熱として水に与えられ、このエネルギーにより水が水蒸気に変化する。打ち水などの方法で水の周囲の温度を下げることができるのも、蒸発熱を利用した身近な一例である。液体が蒸発するときに周りから熱を吸収することは、以下の実験により確認できる。
準備: 消毒用アルコールとスポイトと料理用のデジタル温度計を用意する。
操作: デジタル温度計の感温部(温度センサー部)に、スポイトで消毒用アルコールを一滴たらす。
物性値とは物質の性質を表す値である。この節では物性値としての気化熱について述べる。
物質の気化に必要なエネルギーは物質の量に比例する。そのためデータ集などでは、物質 1 キログラム当たりの値または物質 1 モル当たりの値が気化熱として記載されている。単位はそれぞれ kJ/kg (キロジュール毎キログラム)および kJ/mol (キロジュール毎モル)である。例えば 25 °C における水の蒸発熱は 2442 kJ/kg であり 44.0 kJ/mol である。熱量の単位としてカロリーを用いるなら、25 °C における水の蒸発熱は 584 kcal/kg であり 10.5 kcal/mol である。
以下この項目では物質 1 モル当たりの気化熱を、単にその物質の気化熱と呼ぶ。
物質の気化に必要なエネルギーは物質により異なる。例えば 25 °C におけるメタノールの蒸発熱は 37.5 kJ/mol であり、同じ温度の水の蒸発熱 44.0 kJ/mol より小さい。おおまかには沸点の低い液体ほど蒸発熱は小さく、高沸点の液体の蒸発熱は大きい。例えば沸点 −269 °C のヘリウムの蒸発熱は 0.08 kJ/mol であり、沸点およそ 5900 °C のタングステンの蒸発熱は約 800 kJ/mol である。沸点が互いに近い液体の蒸発熱は、似た値になることが多い。ただし例外もある。例えば、四塩化炭素(沸点 77 °C)、エタノール(沸点 78 °C)、ベンゼン(沸点 80 °C)の蒸発熱は、それぞれ 29.8, 38.6, 30.
固体が気化する場合は、液体とは違って、沸騰して気体になることはない。固体が気化する場合はいつも、固体の表面から気化が起こる。固体の気化を昇華という。液体の蒸発の場合と同様に、固体の昇華にはエネルギーが必要である。よく知られた例は、ドライアイスの昇華である。ドライアイスが炭酸ガスに変化するとき、気化に必要なエネルギーを周囲から熱として吸収するので、熱を奪われた周囲の温度は下がる。固体が昇華するとき、多くの場合、昇華に必要なエネルギーは熱として物質に吸収される。この熱を昇華熱という。