水の自然蒸発について

Question

水を熱すれば熱エネルギーを得て沸騰し水蒸気になるのはわかるのですが、
垂らした水が自然に蒸発して水蒸気になるのがわかりません。
熱エネルギーを得て水蒸気になる過程で沸騰は伴わないのですか？

dojustice · Accepted Answer

あなたが勘違いされているのは、水蒸気と水滴をごっちゃにしておられるのではないでしょうか？
水蒸気は気体です。目に見えません。
これが凝縮すると水滴になります。
雲は水滴の集合です。目で見えます。

>水は0度以下で固体、0～100までが液体で、100度以上で気体・・・と習った

この考え方は基本的には正しいのですが、ちょっと誤りがあります。
それは、「液体は（時には固体も）すべて蒸気圧を持つ」ということです。
下の表を見てください。
http://www.sotodan.com/library/Goff.html

水は5℃で6.54mmHgの蒸気圧を持ちます。
これは大気圧760mmHgのもとで、0.86%・・・言い換えると空気１ｍ3中に、7gの水蒸気を
含むことができるということです。
(7g含んだ状態を相対湿度100%といいます）

30℃になると、31.83mmHgの蒸気圧を持ちます。
これは大気圧760mmHgのもとで、4.19%・・・
言い換えると30gの水蒸気を含むことができるということです。
(30g含んだ状態を相対湿度100%といいます)

つまり水は100℃になるまで、絶えず蒸発しているのです。
100℃になると水の蒸気圧は760mmHgになり、100%水蒸気になります。
この状態が沸騰です。

前記の表はわかりにくいので、グラフを付けておきます。
このグラフは空気中に含むことができる水蒸気の量をg/ｍ3で表しています。
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/shitsudo1.html

参考URL：http://www.sotodan.com/library/Goff.html

apple-man · Answer

加湿器って見たことありますか？
超音波で水蒸気発生させるんです。

　水素結合を壊すような運動エネルギー
があれば、水は水面から飛び出して
行きます。

cozycube1 · Answer

空気中にさらされた水は常に空気分子と衝突しています。空気分子は統計的に見ると、スピードの遅い＝エネルギーの低いものから、スピードの速い＝エネルギーの大きいものまであります。
　エネルギーの高い空気分子が水＝水分子に衝突すれば、空気分子は水分子にエネルギーを与えます。その結果、水分子が相転移（固体⇔液体⇔気体と変化する現象）に必要なエネルギーが与えられた場合、水分子は気体となって飛び出していきます。これが、蒸発です。
　温度とは、統計的な平均を表しています。ですから気温が100度に達していなくても、気体分子の中には100度またはそれ以上に相当するエネルギーを持った分子も存在しているのです。

kamazie · Answer

水は熱さなくてもその温度なりに気化します。蒸発します。日常の現象で見ますと、洗濯物は１００度以下の気温でも乾きます。２０度の時より３０度の時の方がよく乾きます。早く乾きます。つまり温度が高い方が（圧力が同じであれば）よく気化します。蒸発します。コップの水も放置しておけば減ってゆきます。これは気化です。蒸発です。中学校のことはカン違いでしょう？分子レベルの話は直感的ではないのでこんな説明をしてみました。詳しく知りたければ「相律：Phase Rule」という分野を勉強してみて下さい。結構楽しい分野ですよ。

ency · Answer

「気体」と「液体」の共存する環境では、その境界面で蒸発と凝縮が平衡状態にあります。つまり、気体は気体のままではなく、液体も液体のままというわけではないのです。気体⇔液体 の状態を行ったり来たりしているのです。
# このような状態を「気液平衡」とかいったような気がします。

空気中の水分が多くなってくると、蒸発はほとんど起こらず、凝縮が優位に起こることになります。「結露」とかは、まさにこの現象によるものですね。

逆に空気中の水分が少なくなってくると、凝縮はほとんど起こらず、蒸発が優位に起こります。

エネルギー的な観点から見れば、蒸発熱と凝縮熱が等価交換されていると思えば良いと思います。
# 蒸発熱⇒吸熱、凝縮熱⇒発熱 ですよね。

そして、沸騰とは No2 First_Noel さんもおっしゃっていますが、液体の内部から蒸発する現象です。

この辺は分子の運動で考えた方がわかりやすいのかな。。。

液体の温度が低い＝分子の運動が激しくない状態では、液体表面の分子の中で元気の良いヤツは気体になり、逆に気体の分子の中で元気のないヤツは液体になり…ということを繰返すわけです。

それが液体の温度が高い＝分子の運動が激しい状態では、液体表面にいる分子は、オレも私もと気体になりたがるヤツが増えるわけです。

そして、ある温度に達したところで、液体表面の分子だけでなく、液体全体が気体になりたがるようになるわけです。
これが沸騰で、その温度が「沸点」になるわけです。

というわけで、何も 100℃以上にならなくても、水は蒸発しているわけです。
# でないと、あのジメジメした梅雨の時期の「湿度」の説明が
# つきません。
# 部屋の中は 100℃でなくても、十分水蒸気を感じることが
# できますよね？

とりあえず、こんなもんでいかがでしょうか。

First_Noel · Answer

まず「温度」とは，「分子の運動の激しさ」を統計学的に表したものです．

温度が上がれば，分子の運動が激しくなります．

液体の水も，水分子が暴れています．温度が上がればどんどん激しく暴れます．
水面付近の水分子は，暴れる余り大気中に飛び出してしまいます．
これが「蒸発」です．

しかし水から飛び出した水分子が，いままさに水から飛び出そうとしている
水分子を押さえ込むこともあって，ある条件で水から飛び出す水分子と，
水へ戻される水分子の数が釣り合います．
このときの水蒸気の分圧がその大気圧における「蒸気圧」になります．

更に加熱すると，その内，蒸気圧が１気圧に達します．
これが「沸騰」で，水の場合は１００℃がその条件になります．
沸騰では，水の中からも蒸発しようとします．

実際は鍋の微小な傷や加熱の偏りなどがあって，
部分的に沸騰します．だから鍋で水を沸かしても，
全面からあぶくが出ると言うことはありません．

Ryokucha · Answer

水の蒸発とは、水の分子が空気中に飛び散る状況をいいます。１滴の水の中にも水流がおきています。
それは引力の力や、気流、振動など原因となる要素は多々です。
分子レベルでイメージしてほしいのですが、そのとき表面に出来る分子の波の一部が空気中に散乱します。これが蒸発です。
水を熱すると分子の動きが活発になり（嵐のような波をイメージしたらいいかもしれません）、散乱する分子量が多くなるので早く蒸発するので、目に見えて判りやすいのです。
氷が蒸発しないのは、分子間の結束が固く、水流が起きないからです。

水の自然蒸発について

あなたが勘違いされているのは、水蒸気と水滴をごっちゃにしておられるのではないでしょうか？

加湿器って見たことありますか？

空気中にさらされた水は常に空気分子と衝突しています。

水は熱さなくてもその温度なりに気化します。

「気体」と「液体」の共存する環境では、その境界面で蒸発と凝縮が平衡状態にあります。

まず「温度」とは，「分子の運動の激しさ」を統計学的に表したものです．

水の蒸発とは、水の分子が空気中に飛び散る状況をいいます。

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