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発熱反応は熱エネルギーを放出します。結露は、水蒸気が液体の水になるプロセスです。これは通常、水蒸気分子が冷たい分子と接触したときに発生します。これにより、水蒸気分子は熱としていくらかのエネルギーを失います。十分なエネルギーが失われると、水蒸気は状態を液体に変えます。
エンタルピーと相変化
エンタルピーは、システムのエネルギーの変化を表します。水の場合、「システム」は水そのものです。エンタルピーとは、一定の圧力で熱の変化を指します。発熱プロセスは、エンタルピーの負の変化、または熱の損失を伴います。水蒸気が凝縮して液体になると、熱の形でエネルギーを失います。したがって、このプロセスは発熱です。
水蒸気はどこにエネルギーを貯蔵しますか？
エネルギーはさまざまな方法で化合物内に存在します。分子は、異なる量と種類の運動エネルギーを持つことができます。分子が曲がったり回転したりすると、振動運動エネルギーと回転運動エネルギーが現れます。並進運動エネルギーは、分子全体を動かす力です。液体および固体では、分子は相互作用して分子間結合を形成することもあります。気体では、これらの分子間結合の力はゼロとみなされます。水蒸気のエネルギーは並進運動エネルギーであり、温度に依存します。温度が下がると、運動エネルギーは熱で放散されます。最終的に、分子間結合は、水蒸気の状態を液体に変えるのに十分な強さです。
水蒸気はどのくらいのエネルギーを失いますか？
物質が液体から気体に変化するとき、気化のエンタルピーに等しいエネルギーが必要です。このプロセスを逆にするために、システムはその量のエネルギーを放出します。ウォーターの蒸発エンタルピーは、摂氏25度で1モルあたり約44キロジュールです。つまり、摂氏25度で蒸気に変換するには、1モルの水に44キロジュールが必要です。これは、水がその温度で凝縮するときに放出するエネルギーの量でもあります。
核形成
水蒸気が結露するためには物理的な場所が必要です。水蒸気の個々の分子は、それらが付着できる十分に大きな粒子なしでは凝縮しません。結露の場所を提供するために、空気は水蒸気で飽和され、より大きな粒子が含まれている必要があります。これらの大きな粒子は、鉱物または十分に大きな液滴である可能性があります。水蒸気分子が核生成サイトとして機能するより大きな分子と接触すると、熱を放出し、凝縮して液体の水になります。