બાષ્પીભવન

બાષ્પીભવન (evaporation) : પદાર્થની પ્રવાહી સ્થિતિમાંથી બાષ્પસ્થિતિમાં રૂપાંતર થવાની ઘટના. પદાર્થ સંઘનિત સ્થિતિમાં હોય ત્યારે તેના અણુઓ વચ્ચે પ્રબળ આકર્ષણ અને અપાકર્ષણબળ લાગતાં હોય છે અને આ વિરુદ્ધ પ્રકારનાં બળો વચ્ચે સંતુલન સ્થપાયેલું હોય છે. પદાર્થમાં રહેલા આ અણુઓ આકર્ષણબળને લીધે સ્થિતિઊર્જા (potential-energy) અને તાપમાનને કારણે ગતિઊર્જા (kinetic energy) પણ ધરાવતા હોય છે. અણુઓની ગતિઊર્જા અણુઓને છૂટા પાડવાનું વલણ ધરાવે છે. ગતિઊર્જા એટલે કે અણુઓનું નિષ્ક્રમણ (escaping) કરવાનું વલણ. એ તાપમાનનું વિધેય છે. પ્રત્યેક તાપમાને પદાર્થના કેટલાક અણુઓ સમૂહમાંથી ભાગી છૂટવા પર્યાપ્ત ગતિઊર્જા ધરાવતા હોય છે. આ ગતિઊર્જાને કારણે આવા અણુઓ આકર્ષણબળની ઉપરવટ જવામાં સફળ થતા હોય છે. પરિણામે આવા અણુઓ પ્રવાહીની સપાટીમાંથી મુક્ત થઈ જાય છે. આ ઘટનાને બાષ્પીભવન કહે છે. આ પ્રક્રિયા અચળ કદે થતી હોય તો તેને નીચેનું સમીકરણ લાગુ પાડી શકાય છે.

જ્યાં n_υ એ પ્રતિ મિલિમીટરે બાષ્પના અણુઓની સંખ્યા છે અને n_l પ્રતિ મિલિમીટરે પ્રવાહીમાં અણુઓની સંખ્યા છે. ΔE એ વાયુ અને પ્રવાહીની મોલર આંતરિક ઊર્જા(molar internal energy)નો તફાવત, R વાયુ-અચળાંક અને T નિરપેક્ષ તાપમાન છે.

જે અણુઓ વધારે પડતી ગતિઊર્જા ધરાવે છે તે તો પ્રવાહીમાંથી છટકી જાય છે અને તે પણ બાકીના અણુઓની ઊર્જાના ભોગે. આથી પ્રવાહીમાં રહેલા બાકીના અણુઓની ગતિઊર્જા ઘટે છે. પરિણામે પ્રવાહીનું તાપમાન ઘટે છે. હવે એ જ પ્રવાહીનું તાપમાન અચળ રાખવું હોય તો તેને ઉષ્મા આપવી પડે. સામાન્ય રીતે બાષ્પીભવન અચળ કદે થતું નથી પણ તે તો અચળ દબાણે થાય છે. અચળ દબાણે એક મોલ પ્રવાહીનું બાષ્પીભવન કરવા માટે જરૂરી ઊર્જાના જથ્થાને બાષ્પીભવનની મોલર ગુપ્ત ઉષ્મા (molar latent heat) કહે છે. તે ΔH વડે દર્શાવવામાં આવે છે. ઉષ્માયાંત્રિકી(thermo dynamics)ના પ્રથમ નિયમ પ્રમાણે આ મોલર ગુપ્ત ઉષ્મા અને આંતરિક ઊર્જાનો સંબંધ સ્થાપિત કરી શકાય છે, જે નીચે

પ્રમાણે છે :

ΔH = ΔE + PΔV

અહીં PΔV એ બાષ્પનું વાતાવરણના દબાણ P વિરુદ્ધ ΔV = V_g – V_e જેટલું વિસ્તરણ કરવા માટે જરૂરી કાર્ય દર્શાવે છે.

અહીં પ્રવાહીનું મોલર કદ વાયુના મોલર કદની સરખામણીમાં અવગણ્ય હોય છે અને આવો વાયુ લગભગ આદર્શ વાયુ ગણાય છે. એટલે કે આવા એક મોલ વાયુને ΔV = RT લાગુ પાડી શકાય છે. આથી બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા ΔH = ΔE + RT લઈ શકાય છે. તે તાપમાનનું વિધેય છે. અસંગુણિત (nonassociated) પ્રવાહીઓ માટે બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા લગભગ ટ્રાઉટનના નિયમ કૅલરી અંશ^–1 મોલ^–1 વડે આપી શકાય છે. અહીં ΔHનો એકમ કૅલરીમાં છે અને T_b એ સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ છે, જે નિરપેક્ષ તાપમાન (K) વડે દર્શાવાય છે. બાષ્પીભવનનો દર નીચેનાં પરિબળો ઉપર આધાર રાખે છે : (1) પ્રવાહીનાં તાપમાન, (2) પ્રવાહીની મુક્ત સપાટી, (3) પરિસરનું તાપમાન અને (4) પ્રવાહી ઉપરનો પવન.

આનંદ પ્ર. પટેલ