蒸气压与沸腾

蒸気圧と沸騰

II 物質の状態と変化／状態の変化

一句话结论

蒸气压是气液平衡时蒸气的压力，只由液体种类与温度决定；当蒸气压等于外压时液体沸腾。外压降低，沸点跟着降低。

在富士山顶煮面，水在约 87 ℃ 就沸腾了，面却煮不透。沸点不是水的固有属性 —— 它随外界压力变。把「沸腾到底是什么」说清楚，这件事和高压锅、减压蒸馏就都通了。

为什么是这样

把液体放进密闭容器，一开始蒸发快于凝结，蒸气越积越多；蒸气多了凝结也随之加快，最终蒸发速度与凝结速度相等 —— 表面上看不出变化，实际两个过程都在进行。这个状态叫气液平衡，此时蒸气显示的压力就是蒸气压（饱和蒸气压）。

蒸气压有一条很有用的性质：它只由液体的种类与温度决定，与容器里有没有别的气体无关。所以在混合气体里算水蒸气的分压时，只要知道温度就能查表得到 —— 不必管其他气体多少。温度越高，能挣脱液面的分子越多，所以蒸气压随温度上升，而且是指数式上升。

沸腾则是「蒸气压等于外压」的那一刻。液体内部产生的气泡要能长大，泡内的蒸气压必须顶得住外压；顶不住就会被压瘪。所以只有温度升到蒸气压等于外压时，内部才开始汽化 —— 这就是沸腾，对应的温度是沸点。外压小了，需要的蒸气压就小，沸点自然低。

把各温度下的蒸气压画成曲线，就是蒸气压曲线。曲线与「1 大气压」这条水平线的交点横坐标，就是该液体的正常沸点:水 100 ℃、乙醇 78 ℃、乙醚 34.5 ℃。同一温度下曲线越高的液体越容易挥发 —— 所以乙醚比水挥发得快得多。

状态变化伴随的热量分两种，名字要对上。固体在熔点全部变成液体所吸收的热叫熔化热;液体在沸点全部变成气体所吸收的热叫汽化热（单位都是 kJ/mol）。反方向的凝固热与凝结热数值相同、方向相反。这类用于状态变化而不改变温度的热叫潜热。

汽化热远大于熔化热（水是 40.7 对 6.01 kJ/mol，约 6.8 倍）。原因在于两者拆的东西不同：熔化只要打乱规则排列、让粒子能移动位置；汽化要彻底克服粒子间的引力、让粒子飞散到空间里去。后者要做的功大得多 —— 这也是大項目 I 里加热曲线第二段水平线明显更长的原因。

蒸气压曲线的两个用法要分清：给外压求沸点 —— 在曲线上找纵坐标等于该外压的点，读横坐标；给温度求蒸气压 —— 找横坐标等于该温度的点，读纵坐标。题目问哪一个，读图的方向就相反。

沸点的题一律回到「蒸气压＝外压」这一句。外压升高 → 需要更高的蒸气压 → 沸点升高（高压锅就是这样把水烧到 120 ℃）；外压降低 → 沸点降低（减压蒸馏用来蒸馏怕热分解的物质）。

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