エタノールの薄層が蒸発するのに必要な時間は？

つまり、おおよその量を知ることですテーブルなどの表面に注いだ場合、少量（約5ml）の純粋なアルコールが蒸発するのにかかる時間。約15秒/ 30秒/ 2分かかりますか？

より簡単で高速です必要な時間を予測するよりも実験を行ってください。

運動分子理論液体が沸点よりも低い温度で蒸発する理由を説明します。どの温度でも、液体中の分子は、ボルツマン分布で表されるさまざまな運動エネルギーを持っています。分子のいくつかのパーセンテージは、気相に逃げるのに十分な運動エネルギーを持っています。これらの分子は、液体の蒸気圧に寄与します。温度が上昇すると、より多くの分子がガスのしきい値を超え、蒸気圧が上昇します。蒸気圧が上昇するにつれて。

閉鎖系では、平衡は、液体と蒸気の比率を変えずに確立されます。分子は液体と蒸気の間で交換されますが、それらの相対量は一定のままです。あなたが説明する表面は閉じていません-蒸気分子は拡散または対流によってさまようことができます。平衡が崩れ、ルシャトリエの原理は、平衡が補償するためにシフトすることを示しています。エタノール分子が逃げるにつれて、気化して、なくなるまでそれらを置き換えます。次の式で、$ K $は平衡定数、$ p $はエタノール蒸気の分圧（蒸気圧）、[$ \ ce {C2H6O} $]はエタノールの濃度です。液体。

$$ \ ce {C2H6O（l）< = > C2H6O（g）} $ $ $$ K = \ frac {p _ {\ ce {C6H6O}}} {[\ ce {C2H6O}]} $$

平衡（高速）の確立後、速度を決定するステップ気化はおそらくガス状エタノール分子の拡散です。ガス粒子の平均運動エネルギーは、質量（$ m $、kg）とルートの関数として表すことができます。平均二乗速度（$ v ^ 2_ \ text {rms} $）と、温度（$ T $、ケルビン単位）とボルツマンの関数として個別に定数（$ k_ \ text {B} = 1.38 \ times 10 ^ {-23} \ frac {\ text {J}} {\ text {K}} $）。 rms速度の式を導き出すことができます。

$$ \ overline {E_ \ text {k}} = \ frac {1} {2} mv ^ 2_ \ text {rms} $$ $$ \ overline {E_ \ text {k}} = \ frac {3} {2} k_ \ text {B} T $$ $$ v ^ 2_ \ text {rms} = \ frac {3k_ \ text {B} T} { m} $$ $$ v_ \ text {rms} = \ sqrt {\ frac {3k_ \ text {B} T} {m}} $$

エタノール粒子が逃げる速度を計算できます。任意の距離を設定すると（おそらく1メートルで十分です）、1つの粒子がその距離を移動するのにかかる時間を計算できます（平均）。平衡定数がわかれば、液体の上にある蒸気の量を判断して、移動にかかる時間を計算できます。

しかし、平衡定数を知るにはどうすればよいでしょうか。温度によって異なります！次の式の値$ \ Delta G ^ \ circ_ \ text {vap} $は、標準的な熱力学的状態でのエタノールの気化の自由エネルギー変化です。$ R $は理想気体定数です。

$$ K = \ mathrm {e} ^ {-\ frac {\ Delta G ^ \ circ_ \ text {vap}} {RT}} $$

上記のモデル平均自由行程、蒸発が吸熱性であるという事実（液体が蒸発するにつれて冷却され、蒸気圧が時間とともに低下することを意味します）、温度、表面の熱容量は、最初に液体が利用できる運動エネルギーの量を決定し、近くの任意の量の空気流が、拡散よりも大幅に速く蒸気を遠ざけます。

完全なモデルには、次の考慮事項が含まれます。

定数

• ボルツマン定数
• 理想的なガス定数
• エタノールの気化の自由エネルギー変化（実際には一定ではありませんが、温度によってわずかに変化するだけです）範囲）
• 温度の関数としてのエタノールの蒸気圧
• エタノール分子の質量
• 表面の熱容量

変数

• 空気の温度
• エタノールの量
• 表面の温度
• 大気圧（平均自由経路補正に必要）
• 気流の速度

つまり、原則として、それを行うことができます。それでも、いくつかの深刻な微積分なしでは最良の答えは得られません。実際には、実験を行う方が速いでしょう（頻繁に行われる場合）。科学が経験的であることを忘れがちです。

コメント

• -1は、平衡熱力学を速度論的プロセスの質問に混合します。恐ろしい
• 重要なのは、実験が簡単であるのに理論的な予測が難しいことを示すことでした。