蒸発熱とエンタルピーの関係は？求め方も解説！

化学で「蒸発エンタルピー」という言葉を見たとき、「蒸発熱と何が違うの？」と疑問に感じた方もいるでしょう。

実はこの2つは密接に関係しており、蒸発熱は蒸発エンタルピーそのものとして理解することができます。

この記事では、蒸発熱とエンタルピーの関係・蒸発エンタルピーΔHの意味・求め方・熱力学的な背景をわかりやすく解説していきます。

高校化学から大学レベルの熱力学まで対応した内容です。

蒸発熱は蒸発エンタルピー（ΔH）に相当する

それではまず、蒸発熱とエンタルピーの関係について解説していきます。

エンタルピー（H）とは熱力学における状態量のひとつであり、定圧条件での熱の出入りを表します。

ΔHがプラスの値であることは、蒸発が吸熱反応（外部から熱を吸収する）であることを意味します。

液体分子を気体にするために必要なエネルギーがΔvapHとして測定されます。

エンタルピーとは何か

エンタルピーH（単位J）は次のように定義されます。

定圧条件では「系が吸収した熱量Q＝ΔH（エンタルピー変化）」という関係が成り立ちます。

大気圧下での実験・反応は定圧条件に近いため、化学では内部エネルギーよりエンタルピーが主に使われます。

蒸発エンタルピーの表記

蒸発エンタルピーは次のように表記されます。

「(l)」は液体（liquid）、「(g)」は気体（gas）を示す記号です。

化学反応式の形でエンタルピー変化を表すこの書き方は熱化学の標準的なスタイルです。

蒸発熱との単位の換算

蒸発熱はJ/g（グラムあたり）、蒸発エンタルピーはkJ/mol（モルあたり）で表されることが多いです。

水の場合で換算を確認しましょう。

J/gとkJ/molはモル質量を使って相互に換算できます。

単位換算を丁寧に行う習慣が化学計算の正確さにつながります。

蒸発エンタルピーの測定と求め方

続いては、蒸発エンタルピーの測定方法と計算による求め方を確認していきます。

クラウジウス・クラペイロン式による求め方

蒸発エンタルピーは温度と蒸気圧の関係から実験的に求めることができます。

異なる温度での蒸気圧を測定し、ln(P)対1/Tのグラフを描くと直線になり、その傾きからΔvapHを求めることができます。

蒸気圧測定を通じて熱力学量を決定できるというこの方法は、大学化学の実験でも活用されます。

標準生成エンタルピーを使った計算

ヘスの法則を使えば、標準生成エンタルピーの値から蒸発エンタルピーを計算することもできます。

気体と液体の標準生成エンタルピーの差が蒸発エンタルピーに対応する、というヘスの法則の応用です。

代表的な物質の蒸発エンタルピー

物質	蒸発エンタルピー（kJ/mol）	沸点
水（H₂O）	40.7	100℃
エタノール（C₂H₅OH）	38.6	78℃
ベンゼン（C₆H₆）	30.7	80℃
アンモニア（NH₃）	23.3	-33℃

水の蒸発エンタルピーが他の分子量が近い有機溶媒より大きいのは、水素結合の強さが原因です。

蒸発エンタルピーと分子間力の関係

続いては、蒸発エンタルピーの大きさと分子間力の関係を確認していきます。

熱力学と分子構造が結びつく興味深い観点です。

分子間力が強いほど蒸発エンタルピーが大きい

蒸発とは液体分子が分子間力を振り切って気体になる過程です。

分子間力が強いほど分子を引き離すのに多くのエネルギーが必要であり、その結果として蒸発エンタルピーが大きくなります。

水の蒸発エンタルピーが大きい理由は、O-H…O形の水素結合（分子間力の中でも特に強い）が多数形成されているためです。

沸点と蒸発エンタルピーの関係

一般的に沸点が高い物質ほど蒸発エンタルピーも大きい傾向があります。

これはトルートンの規則として知られており、「ΔvapH/Tb≒88 J/(mol·K)」という近似関係が成り立つことが多いです。

沸点と蒸発エンタルピーのおおよその関係を把握しておくと、未知の物質の蒸発エンタルピーを概算するのに役立ちます。

まとめ

この記事では、蒸発熱と蒸発エンタルピー（ΔvapH）の関係・定義・求め方・分子間力との関係を解説しました。

蒸発熱と蒸発エンタルピーは同じ物理量を異なる単位で表したものであり、モル質量を介して相互に換算できます。

エンタルピーという熱力学の概念を理解することで、化学変化に伴う熱の出入りを定量的に扱う力がつくでしょう。

クラウジウス・クラペイロン式やヘスの法則など、蒸発エンタルピーを求める複数の方法を習得しておくと応用力が高まります。