Fizika: Forrás, párolgás, lecsapódás

Az anyagok halmazállapotuk szerint négyfélék lehetnek:

• szilárd halmazállapotúak (azon belül a nem szabályos kristályos szerkezetű anyagokat nevezzük amorfnak)
• folyékony (vagy cseppfolyós) halmazállapotúak
• légnemű halmazállapotúak
• plazma halmazállapotúak

Az anyagok hőmérsékletének valamint nyomásának bizonyos fokú változása halmazállapot-változást idéz elő. Ez a változás mindig reverzibilis (visszafordítható) folyamat, ha közben termikus bomlási folyamat nem megy végbe.

A halmazállapot-változást melegítés során például akkor következik be, ha a hőmérséklet növelése olyan mértékű rezgőmozgásra készteti az atomokat, melyet a kohéziós erők nem tudnak kompenzálni, így az atomok az előző állapotához képest szabadabbá válnak. 

Első lépésben a rácsponti kötőerők szűnnek meg, (szilárd-folyadék fázisátalakulás), majd azok a kohéziós erők, amelyek a folyadék részecskéi között működnek (folyadék-gőz fázisátmenet), végül pedig az atomokon belüli elektrosztatikus vonzóerők ellenére az elektronok egy része vagy teljes mennyisége leszakad az atommagról (gáz-plazma fázisátmenet).

Összefoglalva a hőmérséklet és a nyomás szerepét: hőmérséklet növelése vagy nyomás csökkenése hatására a lejátszódó folyamatok:

• szilárd → olvadás → folyadék → párolgás → gőz;
• szilárd → szublimáció → gőz.

Hőmérséklet csökkenése, vagy nyomás növekedése hatására lejátszódó folyamatok:

• gőz → kicsapódás vagy kondenzáció → folyadék → fagyás vagy dermedés → szilárd;
• gőz → kicsapódás vagy kondenzáció → szilárd.

Folyadék-gőz átalakulás

A folyadékok minden hőmérsékleten párolognak. Magasabb hőmérsékleten intenzívebb a párolgás. Párolgáskor csak a folyadék felszínéről távoznak el molekulák, míg forráskor a folyadék egészében keletkeznek gőzbuborékok.

A forráspont az a hőmérséklet, amikor a folyadék belsejében keletkező gőzbuborékok nyomása eléri a külső légnyomást. A forráspont hőmérsékletén a folyadék és a gőz egymással egyensúlyban vannak.

Tehát a folyadékok forráspontja függ a külső nyomástól. Nagyobb nyomáson adott folyadék magasabb hőmérsékleten kezd el forrni.

Ha a folyadékot melegítjük, akkor nő a hőmérséklete a forráspont eléréséig:

Q1=cfolyadék∙m∙∆T1

Amikor a folyadék eléri a forráspontot, tovább nő a belső energiája, de ez az energia a részecskék közötti másodrendű kötőerők felszakítására fordítódik. A forráshő ([Lf]=J/kg) számértéke kifejezi, hogy 1 kg tömegű forrásponton lévő anyag elforralásához mekkora energia szükséges:

Q2=Lf∙m

Amikor az összes másodrendű kötés felszakadt, további energia hatására a gőz tovább melegszik:

Q3=cgáz∙m∙∆T3

A párolgás endoterm folyamat. Az endoterm folyamatok során hőfelvétel történik, és általa a környezet lehűl. Tehát a hőenergia a környezetből a rendszer felé áramlik. A forrás ellentétes folyamata a lecsapódás, idegen szóval kondenzáció.

1 kg forrásponton lévő anyag lecsapódásakor ugyanannyi energia szabadul fel, mint amennyi 1 kg forrásponton lévő folyadék elpárologtatásához szükséges.