"การระเหย" ต่างจาก "การเดือด" อย่างไร ???

เมื่อให้ความร้อนแก่ของเหลวเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ พลังงานภายในโมเลกุลของของเหลวจะมีค่าเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงอุณหภูมิที่อนุภาคของสารทั่วทั้งของเหลวมีพลังงานจลน์สูงเพียงพอจนกระทั่งสามารถเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว ฟองอากาศ (air bubble) จะเกิดขึ้นทั่วทั้งของเหลว เมื่อของเหลวได้รับพลังงานความร้อนมากขึ้นสัดส่วนของสารที่กลายเป็นไอก็จะมีมากขึ้นเรื่อยๆแล้วผุดขึ้นไปอยู่บนผิวหน้าของของเหลวหลุดออกไปสู่บรรยากาศ ของเหลวจะเกิดการเดือด (Boiling) เมื่อความดันไอของสารมีค่าสูงเท่ากับความดันบรรยากาศ สารทั้งหมดเข้าสู่สมดุลของการกลายเป็นไอ อุณหภูมิที่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า จุดเดือด (Boiling point)  โดยทั่วไปแล้วความดันบรรยากาศอยู่ที่ 760 mmHg หรือ 1 atm นั่นเอง จุดเดือดของสารที่ความดันนี้ เรียกว่า จุดเดือดปกติ (Normal  boiling  point) 

ดังนั้น เราอาจกล่าวโดยสรุปได้ว่า

การเดือด ( Boiling ) หมายถึง ปรากฏการณ์ที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเป็นไอเมื่อได้รับความร้อน เกิดฟองอากาศ (air bubble) อย่างรวดเร็วเนื่องจากของเหลวมีความดันไอ  (Vapour pressure) เท่ากับความดันบรรยากาศที่อยู่รอบๆ

รูปแสดงกระบวนการเดือดของน้ำ
ที่มา : http://figures.boundless-cdn.com/13055/full/graphics4.jpeg

จากรูป

(ก) เมื่อน้ำมีอุณหภูมิ 20  ^๐C น้ำพยายามระเหยจากภายในโดยการสร้างฟองอากาศขนาดเล็ก

(ข) เมื่อน้ำถูกต้มและอุณหภูมิสูงขึ้น 50 ^๐C ฟองอากาศจะขยายใหญ่ขึ้น แต่ฟองอากาศเหล่านี้จะถูกความดันของอากาศที่มีค่ามากกว่ามากๆ กดไม่ให้โผล่มาเหนือพื้นผิวของของเหลว

(ค) เมื่อน้ำถูกต้มและอุณหภูมิสูงถึง 212 ^๐F (100 ^๐C) ความดันไอของน้ำจะสูงขึ้นเท่ากับความดันไอของอากาศรอบๆ ดังนั้น ฟองอากาศที่เกิดขึ้นจากการระเหยภายในของของเหลวจึงไม่ถูกกดอีกต่อไป ฟองอากาศเหล่านี้จะมีขนาดใหญ่ขึ้น ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ และปล่อยไอน้ำขึ้นสู่อากาศในที่สุด

ความดันไอ (vapor pressure)

โดยทั่วไป เมื่อของเหลวหนึ่งๆ บรรจุอยู่ใน ภาชนะเปิด เมื่อทิ้งไว้ระยะหนึ่ง จะเห็นว่า ในที่สุดของเหลวนี้จะระเหยไปหมด ไม่มีของเหลวเหลืออยู่ แต่ถ้านำของเหลวไปบรรจุใน ภาชนะปิด โดยวางภาชนะนี้ไว้ในที่สภาวะเดียวกัน มีอุณหภูมิ และความดันเดียวกัน เมื่อทิ้งไว้ในระยะเวลาหนึ่งจะพบว่า มีไอซึ่งเกิดจากการระเหยปรากฏอยู่เหนือของเหลวนี้ ไอของโมเลกุลของเหลวที่อยู่เหนือของเหลวนี้จะวิ่งชนกับผนังของภาชนะ จึงทำให้เกิดความดัน เราเรียกความดันนี้ว่า ความดันไอ (vapor pressure)

ของเหลวแต่ละชนิดจะมีความดันไอไม่เท่ากัน โดยทั่วไป พบว่าถ้าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลน้อย ความดันไอของของเหลวจะมีค่าสูง เพราะโมเลกุลของของเหลวสามารถระเหยได้ง่าย ในทางตรงกันข้าม ถ้าของเหลวมีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมาก ความดันไอของของเหลวก็จะมีค่าน้อย

ความดันบรรยากาศ

อากาศที่ปกคลุมโลกเราเป็นชั้นๆ เรียกว่าชั้นบรรยากาศ บรรยากาศแต่ละชั้นมีส่วนประกอบและปริมาณของแก๊สแตกต่างกัน เนื่องจากอากาศเป็นสารซึ่งมีมวลจึงถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดเช่นเดียวกับที่กระทำต่อวัตถุอื่นๆ น้ำหนักของอากาศที่กดลงบนพื้นโลกเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกในแนวตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เรียกว่า ความดันอากาศ หรือ ความดันบรรยากาศ หรือบางครั้งเรียกว่า ความกดอากาศ ซึ่งความดันบรรยากาศในพื้นที่แต่ละที่มีค่าไม่เท่ากัน ซึ่งถ้าพื้นที่มีความสูงยิ่งมาก ความดันบรรยากาศก็จะยิ่งต่ำ 

ปัจจัยที่มีผลต่อจุดเดือด

ความดันบรรยากาศ

เนื่องจากจุดเดือด  คือ อุณหภูมิซึ่งของเหลวมีความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ  ดังนั้น  ณ  ตำแหน่งซึ่งมีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ (ต่ำกว่าระดับน้ำทะเล)  ของเหลวจะมีจุดเดือดสูงกว่าจุดเดือดปกติ  ณ  ตำแหน่งที่มีความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (สูงกว่าระดับน้ำทะเล) ของเหลวจะมีจุดเดือดต่ำกว่าปกติ

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล

การเดือดต้องมีการทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว  ดังนั้นของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูงจึงมีจุดเดือดสูงกว่าของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลต่ำ

กลับมาที่เรื่องการเดือด  และการระเหย สองคำนี้มีความแตกต่างกัน นั่นคือ การระเหยคือการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไออย่างช้าๆ และเกิดขึ้นเฉพาะผิวหน้าของของเหลวเท่านั้น นอกจากนั้นการระเหยยังสามารถเกิดได้ทุกๆ อุณหภูมิที่ยังมีของเหลวนั้นอยู่ เช่น น้ำสามารถระเหยได้ที่อุณหภูมิ 0-100 ^๐C ส่วนการเดือดจะเกิดขึ้นทั่วทั้งหมดภายในของเหลว  ซึ่งเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว  ไม่ได้เกิดช้าเหมือนการระเหย การเดือดจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อของเหลวนั้นมีความดันไอเท่ากับความดันไอของอากาศรอบๆ ซึ่งอุณหภูมิที่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า จุดเดือด และจุดเดือดของสารบริสุทธิ์จะคงที่ เช่น จุดเดือดของน้ำเท่ากับ 100 ^๐C นั่นคือทุกๆ โมเลกุลของสารชนิดเดียวกันจะเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอที่อุณหภูมิหนึ่งเดียว แต่ถ้าสารไม่บริสุทธิ์เช่นน้ำเกลือซึ่งประกอบด้วยน้ำและเกลือผสมกันจุดเดือดจะไม่คงที่ ทั้งนี้ เพราะมีสารมากกว่า 1 ชนิดนั่นเอง

ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th