粒子運動の運動エネルギーは、物質中の全熱エネルギーの一因にすぎません。別のものは相転移であり、物質が冷却する(凝縮中および凍結中などの)ときに形成する可能性のある分子結合の潜在エネルギーである。相転移に必要な熱エネルギーは潜熱と呼ばれます。この現象は、それを逆方向に考えることによって、より容易に把握することができる。潜熱は、化学結合を破壊するのに必要なエネルギーである(蒸発および溶融中など)。ほぼすべての人が相転移の影響に精通しています。例えば、100℃の蒸気は、ヘアドライヤーからの100℃の空気よりもはるかに速く重度のやけどを引き起こす可能性があります。これは、水蒸気が皮膚上の液体の水に凝縮するにつれて、大量の潜熱が放出されるために起こります。 相転移中に熱エネルギーが放出または吸収されるにもかかわらず、純粋な化学元素、化合物、および共晶合金は、それらが摂取されている間は全く温度変化を示さない(図7右下参照)。ある特定のタイプの相転移、すなわち溶融を考慮する。固体が溶融すると、結晶格子の化学結合が分解される。その物質はより秩序ある状態からより秩序だった状態へと転移している。図7において、氷の融解は、青色から緑色に向かって左下の箱内に示されている。 1つの特定の熱力学的ポイント、融点(水の場合には広い圧力範囲にわたって0℃)で、すべての原子または分子は、その化学結合が壊れることなく耐えることができる最大エネルギー閾値格子から。化学的な結合は、何でもない力です。中間の状態は存在しない。その結果、ある物質がその融点にあるとき、追加された熱エネルギーのすべてのジュールは、その原子または分子の特定の量の結合を破壊し、それらを正確に同じ温度の液体に変換するだけである。運動エネルギーが並進運動に加えられない(これが物質の温度を与える)。この効果は、ポップコーンのようなものです。特定の温度では、追加の熱エネルギーによって、遷移(ポッピング)が完了するまでカーネルがさらに暑くなることはありません。プロセスが逆転した場合(液体の凍結の場合のように)、物質から熱エネルギーを除去する必要があります。 上述したように、相転移に必要な熱エネルギーは潜熱と呼ばれる。融解と凍結という特定の場合には、融解エンタルピーまたは融解熱と呼ばれます。結晶格子中の分子結合が強い場合、融解熱は、水および金属元素の大部分に対して、典型的には1モル当たり6〜30kJの範囲で比較的大きくなり得る。物質が単原子気体の1つである場合(分子結合を形成する傾向がほとんどない)、融解熱はより穏やかであり、1モルあたり0.021〜2.3kJの範囲である。相対的に言えば、相転移は本当にエネルギッシュな出来事であり得る。氷を完全に0°Cで0°Cの水に溶かすには、液体水の同じ質量を1°C上昇させるのに必要な熱エネルギーの約80倍を加えなければなりません。金属の比はさらに大きく、典型的には400〜1200倍の範囲である。そして、煮沸の相転移は凍結よりはるかに元気です。例えば、水を完全に沸騰または蒸発させるのに必要なエネルギー(気化のエンタルピーとして知られている)は、1度の増加に必要なエネルギーの約540倍である。 なぜなら水蒸気が凝縮するほど素早く燃焼するからです(上記図7の赤から緑へ)。これと反対の方向に、これは、皮膚上の液体水が蒸発するにつれて皮膚が冷たく感じられる理由である(相対湿度に依存する準周囲湿球温度で起こるプロセス)。水の非常にエネルギッシュな気化エンタルピーは、太陽プールのカバー(使用されていないときにスイミングプールを覆う浮遊式断熱ブランケット)が暖房費を削減するのに効果的である理由の重要な要素です。例えば、深さ1.29mのプールからわずか20mmの水を蒸発させると、水は8.4℃(15.1°F)の水分を冷やします。 [結晶構造] |