沸騰は、状態の変化又は気体状態に液相です。これは、液体がその沸点（液体の蒸気圧が液体の表面に加えられる大気圧と等しくなる温度）に加熱されたときに発生します。
一般に、沸騰時には、液体が入っている容器の下部に熱が供給されます。それらが上昇するにつれてそれらへの圧力が減少するという事実により、それらが液体の表面に向かって上昇するにつれて体積が増加する泡の形成が始まる。
液体が沸騰すると、沸点に達したといいます。出典：Pixabay。
加熱される液体が水である場合、気泡には水蒸気が含まれます。つまり、それらにはすでに気体状態の水が含まれています。さらに、気泡は液体の体積全体に分散されます。水の沸騰温度は、1 atm（760 mmHg）の圧力で約100℃です。
液相から気相への状態変化を起こすには、エネルギー（気化エンタルピー）を供給する必要があります。沸騰が発生している間、液体の水分子が水蒸気として放出されると熱エネルギーが失われるため、水の温度は100℃で一定に保たれます。
沸騰の種類
沸騰には主に2種類あります。核生成熱と臨界熱流束です。
核沸騰では、液体の体積のさまざまな場所に少量の気泡が形成されます。
温度上昇後に気泡の発生が見られる
一方、臨界熱流では、沸騰を引き起こすために熱が供給される表面が沸騰を引き起こし、臨界温度値を超えて加熱され、表面に蒸気の層を形成します。
沸点
沸点を決定する要因
大気圧
大気圧を上げるには水蒸気圧を上げる必要があるため、大気圧が上がると沸点が上がります。これを達成するには、水温を上げる必要があり、より高いカロリー消費を必要とします。
逆に、標高の高い山のように大気圧が下がると、大気圧に比べて蒸気圧が低くて済むため、沸点が下がります。
分子間力
溶液中の分子には、分散力またはロンドン力、双極子間力、水素結合など、いくつかのタイプの相互作用があります。これらの力の大きさが大きいほど、沸点が高くなります。
熱エネルギーは、分子間の相互作用を壊して、分子が沸騰するのに十分なエネルギーを持つことができるようにするために必要です。例：メチルエーテル（C 2 H 6 O）の沸点は25°C、エチルエーテル（C 4 H 10 O）の沸点は78.5°C。
エチルエーテルの方が分子量が大きいため、化学構造は類似していますが、沸点の違いについて説明します。どちらも水素結合を形成しますが、C 4 H 10 O の分散力はC 2 H 6 O の分散力よりも強くなります。
沸騰と蒸発の違い
沸騰は熱源近くの液体から始まり、液体の体積全体に広がります。次の図に示されています。
一方、蒸発は液面の現象です。
気液界面での液体の分子がそれに作用する表面張力に打ち勝つのに十分なエネルギーを持っているとき、蒸発が起こります。そのため、液体の副鼻腔から脱出し、気相に移行します。
蒸発は任意の温度で発生する可能性がありますが、発生の可能性は温度とともに増加します。次の画像では、地面から蒸発する水を確認できます。
沸騰の例
蒸気滅菌
これは、オートクレーブと呼ばれる装置で行われます。この装置は、水蒸気によって発生する高圧を発生させる能力があり、脱出することはできません。同様に、水の沸点が上昇し、100℃を超える温度に達することができます。
オートクレーブ内では、組織培養用材料、手術用材料、実験室用材料、培地などが滅菌されています。オートクレーブでの滅菌に使用する条件は、15ポンドの圧力、121℃の温度、15分の時間です。
調理
食品は水に入れて加熱します。調理中は、水の沸点（100ºC）に等しい温度が使用されます。食物は、その経験が示す期間中、加熱されて摂取に最適な状態に達します。
中華料理は、料理の色、食感、風味を保つために、最小限の沸騰と蒸し焼きを使用しています。煮るとして知られている料理の種類は、沸点以下の温度を使用します。調理食品もスチームを利用して使用しています。
圧力鍋
圧力鍋は食品の調理に使用されます。その動作は、内部圧力の増加を生成する大気中に生成された水蒸気の漏出を制限する能力に基づいています。
ポット内の液体の表面にかかる圧力の増加は、沸点の増加につながり、100℃を超える温度に達します。これにより調理時間が短縮され、燃料使用量を節約できます。
放熱
親水性の表面で水を沸騰させて原子炉や高出力電子機器を冷却し、過熱を防ぎます。沸点に達して沸騰するためには、水が周囲から熱を奪わなければならず、これにより温度が低下します。
溶質のモル質量の決定
水の沸点を上げることは合法的な性質です。したがって、溶質の濃度に依存します。それを知ることで、溶質のモル質量を推定できます。ただし、質量分析など、より有用な方法がまだあります。
砂糖産業
結晶砂糖を製造するための砂糖の精製では、砂糖汁を沸騰させ、その温度は砂糖の濃度に依存します。
サトウキビジュースの沸点の上昇は、溶液中の糖の濃度の尺度です。これは砂糖の結晶化を達成するための重要な情報です。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学 （第8版）。CENGAGEラーニング。
- ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2019年9月26日）。化学における沸騰の定義。から回復：thoughtco.com
- ウィキペディア。（2019）。沸点。から回復：en.wikipedia.org
- ブレスリンW.&ワイラーC.（2019年9月29日）沸騰。回収元：chem.libretexts.org
- 沸騰。回収元：chem.purdue.edu
- 百科事典ブリタニカの編集者。（2015年5月19日）。沸騰。百科事典ブリタニカ。リカバリー元：britannica.com
- ソフィア・グティエレス・デ・ガンボア教授。（2008）。人の熱による殺菌。。リカバリー元：ucv.ve
- パデュー大学。（2018年4月30日）。撥水性の表面は効率的に水を沸騰させ、電子機器を涼しく保ちます。ScienceDaily。回収元：sciencedaily.com
- ジョン、ブレナン。（2019）。沸点標高の使用。sciencing.com。回収元：sciencing.com