蒸发

液体表面的分子转变为气体的相变现象，是水循环与各类工业流程中的核心机制。

蒸发

概述

蒸发（蒸發，evaporation）是液体表面的分子脱离液态、转变为气态（蒸汽）的相变现象。即使未达到沸点，在任何温度下都会发生，且主要发生在液体表面而非液体内部，这一点使其与沸腾（boiling）相区别。蒸发在水循环、气候调节、冷却、分离·提纯工艺等自然与工业的方方面面都发挥着核心作用。

主要内容

定义与机制

液体中的分子持续运动，其速度分布遵循麦克斯韦-玻尔兹曼分布。部分具有远高于平均动能的表面分子克服分子间引力（对水而言即氢键）逸出液体表面，这便是蒸发。逸出的分子以水蒸气形式存在于周围空气中，反之气体分子返回液体的凝结也同时发生。当两个过程的速率相等时便达到动态平衡状态，表面上看蒸发似乎停止，此时的蒸汽压称为饱和蒸汽压。蒸发是吸热过程，液体从周围夺取热量，因此周围温度会降低。赫兹-克努森（Hertz-Knudsen）关系式是仅凭蒸汽压差与温度即可近似单位面积蒸发通量的代表性模型。

蒸发热与能量收支

一定温度下1摩尔液体完全变为气体所需的能量称为摩尔蒸发热（汽化热）。25℃时水的蒸发热约为44 kJ/mol，相当于破坏分子间氢键所需的能量。蒸发是地球表面能量收支中巨大的潜热输送通道，太阳所供给能量中的相当一部分消耗于海洋表面的蒸发。这些潜热在水蒸气凝结时再次释放，成为云的形成、降水、热带气旋发展的动力。人体的汗液蒸发、盛水陶罐的冷却、蒸发式制冷等，都是利用蒸发冷却效应的例子。

影响蒸发速度的因素

第一，温度越高，高能分子的比例越大，蒸发越快。第二，表面积越大，单位时间内逸出的分子数越多（这就是放在盘子里的水比装在瓶子里的水干得更快的原因）。第三，周围空气湿度越低，即蒸汽压差越大，蒸发越被促进。第四，刮风时逸出的水蒸气被带走，蒸汽压梯度得以维持，因此蒸发加速。第五，大气压越低（高海拔地区），蒸发越容易发生。第六，溶有溶质时，溶剂的化学势降低，蒸汽压下降，蒸发受到抑制（拉乌尔定律）。第七，分子间引力弱的挥发性液体（乙醚、乙醇等）比水蒸发得快得多。

与沸腾的区别

沸腾是液体的饱和蒸汽压等于外部压力时，液体内部也形成气泡而发生的现象，在特定温度（沸点）下急剧发生。相反，蒸发仅在表面发生，在任何温度下都缓慢进行。1个大气压下水的沸点是100℃，但衣物在20℃也能晾干。

自然界中的蒸发：水循环

在地球水循环中，蒸发是起点。海洋蒸发约占全部蒸发量的86%，陆地的蒸散（蒸发+植物蒸腾）约占14%。蒸发的水蒸气上升并绝热冷却，在凝结核上凝结成云，再以降水形式返回。在陆地上，蒸散有助于地表冷却、缓解干旱、调节区域气候；在农业灌溉规划中，蒸散量的估算是必不可少的。彭曼-蒙特斯（Penman-Monteith）方程是综合辐射、温度、湿度、风速来推算参考蒸散量的国际标准方法。

工业与生活中的应用

蒸发是分离·提纯技术的根基。蒸馏利用挥发性差异分离混合物，用于石油精炼、酿酒、炼油·化工工艺。海水淡化的多效蒸发（MED）·多级闪蒸（MSF）工艺，除湿机与空调的蒸发器，发电厂的冷却塔，食品·医药品的冷冻干燥与喷雾干燥，盐田的日晒盐生产，喷墨·电子束蒸镀等也都利用蒸发原理。在半导体工艺中，通过真空热蒸发·电子束蒸发形成薄膜。另一方面，蒸发在储存·运输中也是损失因素（汽油蒸发损耗、水库蒸发损耗），可通过浮式太阳能板或蒸发抑制膜来减少。

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