Qu’est-ce que l’évaporation ? Quels sont les facteurs qui l’affectent? – Quora

Q: Qu’est-ce que l’évaporation? Quels sont les facteurs qui l’affectent?

L’évaporation (évaporation en vrac, de toute façon) est la perte de matière dans une quantité de liquide volatil exposée à une atmosphère gazeuse à l’état de vapeur. Être volatil signifie simplement que le liquide est sujet à l’évaporation dans les conditions ambiantes. Cela peut également être décrit au niveau moléculaire, ce que je ferai ci-dessous.

Bien qu’il soit techniquement exact de décrire une vapeur comme un matériau dans sa phase gazeuse, une vapeur a une propriété importante qu’elle ne partage pas dans l’atmosphère de notre monde avec des gaz tels que l’oxygène et l’azote; c’est un matériau existant à l’état gazeux lorsque la température et la pression dicteraient autrement qu’elle existe à l’état liquide. L’eau est bien sûr un excellent exemple.

À des températures inférieures à 100 ° C (212 ° F) et supérieures à 0 ° C (32 ° F) à une pression de 1 atm (14,7 psi), l’eau est clairement censée être un liquide. Tout étudiant en sciences du collège devrait le savoir. Cependant, il est clair que nous avons de la vapeur d’eau dans notre air. Nous ressentons les effets de l’humidité, nous voyons que l’eau que nous avons déversée sur le linoléum a disparu après un certain temps, et nous remarquons les produits de cette vapeur dans la formation de nuages, de brouillard, de pluie et de neige.

Le degré de volatilité d’un matériau dans un environnement donné est exprimé par ce que nous appelons sa pression de vapeur d’équilibre. Il s’agit de la fraction maximale de la pression d’air totale que nous attribuons à la vapeur d’air directement à la surface de l’eau et représente le plus de vapeur d’eau pouvant être présente avant que le cycle constant de condensation de l’eau dans le liquide ne se produise aussi rapidement que l’eau liquide peut s’évaporer. Lorsque la pression partielle (la fraction réelle de la pression totale de l’air que nous attribuons à la vapeur) de la vapeur d’eau dans l’air est égale à la pression de vapeur d’équilibre, alors l’air est saturé et prend une qualité humide (c’est de la vapeur qui se condense en liquide et est très perceptible sous forme de brouillard, de brouillard, de rosée ou de givre) et est dit à 100% d’humidité relative. La pression de vapeur d’équilibre augmente également à mesure que la température de l’eau augmente, et à 100 ° C, la pression de vapeur est de 1 atm. C’est pourquoi ça bout; à cette température et à la pression atmosphérique, la vapeur d’eau peut maintenant déplacer complètement l’air à la surface. Cela signifie que le liquide est dans un état qui dicte toute addition d’énergie ira vers le changement de phase en un gaz et ne pas augmenter la température.

D’accord, c’est donc un aperçu de certaines des conditions qui affectent l’évaporation, mais quels sont les mécanismes réels?

L’imagerie de l’interface entre l’air et le liquide au sommet de votre récipient d’eau n’est pas la réunion de deux matériaux discrets, mais plutôt l’image qu’ils sont réellement, des molécules de gaz tourbillonnantes et rebondissantes au-dessus et un plan ondulé de molécules d’eau faiblement liées au-dessous. Maintenant, comprenez que les molécules de gaz sont composées principalement de N2 et d’O2, et que ces molécules sont en fait plus massives qu’une molécule d’eau individuelle. Cependant, les molécules d’eau ont une attraction électrique l’une pour l’autre car elles ont une zone négative et deux zones chargées positivement (partiellement chargées, de toute façon) qui leur donnent leur cohésion l’une avec l’autre. Il faudrait un transfert d’énergie dans l’une de ces molécules d’eau heureuses pour la faire rebondir de tous ses compagnons chargés et entrer dans un état gazeux.

Ensuite, l’une de ces grosses molécules de N2 oscille bas et SACCADÉ, a une “interaction moléculaire cinétique” avec une molécule d’eau. D’accord, vraiment ça se rapproche assez pour l’influencer donc WHACK est un peu dramatique, mais le visuel est assez précis. Une molécule d’eau reçoit suffisamment d’énergie par un événement cinétique avec une molécule d’air et prend son envol, libérée pour être à l’état de vapeur. Les interactions continues avec l’air servent à le maintenir à l’état de vapeur (pendant un certain temps).

Ce sont donc les interactions avec l’air qui entraînent l’évaporation, et c’est pourquoi cela peut se produire à n’importe quelle température. La glace dans votre congélateur s’évapore (appelée “sublimation”), c’est ainsi que le congélateur reste exempt de gel. Le même mécanisme est en jeu (bien que le taux soit clairement plus lent car il faut beaucoup plus d’énergie pour changer une molécule d’eau solide en gaz et se produit donc moins fréquemment lors d’une collision, ce qui signifie que la température joue également un rôle important dans le taux d’évaporation). L’humidité relative de l’air ambiant est également un facteur moteur ou limitant. Moins il y a de vapeur d’eau dans l’air, plus il est probable qu’une molécule qui s’évapore reste en vapeur plus longtemps. À mesure que l’humidité relative augmente, la vitesse à laquelle ces molécules de vapeur se condensent en liquide augmente également. C’est pourquoi un plat plein d’eau placé à l’extérieur à l’ombre par une journée calme et humide peut sembler ne pas s’évaporer du tout, tandis que ce même plat placé au soleil par une journée venteuse et sèche semble disparaître comme par magie; la chaleur du soleil abaisse l’énergie seuil requise pour le changement de phase en chauffant l’eau, l’environnement venteux signifie que les interactions cinétiques avec les molécules d’air se produisent plus fréquemment et sont plus énergiques, et le manque de vapeur d’eau déjà dans l’air signifie que le taux d’évaporation par rapport à la condensation est à son apogée.

J’espère que ça aide.