Εξηγώντας γιατί η συμπύκνωση είναι εξώθερμη

Μια εξώθερμη αντίδραση εκπέμπει θερμική ενέργεια. Συμπύκνωση είναι η διαδικασία με την οποία οι υδρατμοί μετατρέπονται σε υγρό νερό. Αυτό συμβαίνει συνήθως όταν τα μόρια υδρατμών έρχονται σε επαφή με ψυχρότερα μόρια. Αυτό αναγκάζει τα μόρια υδρατμών να χάσουν κάποια ενέργεια ως θερμότητα. Μόλις χαθεί αρκετή ενέργεια, οι υδρατμοί αλλάζουν κατάσταση σε υγρό.

Η Enthalpy περιγράφει την αλλαγή ενέργειας ενός συστήματος. Στην περίπτωση του νερού, το "σύστημα" είναι το ίδιο το νερό. Σε σταθερή πίεση, η ενθαλπία αναφέρεται σε αλλαγές στη θερμότητα. Μια εξώθερμη διαδικασία περιλαμβάνει μια αρνητική αλλαγή στην ενθαλπία ή την απώλεια θερμότητας. Καθώς οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε υγρό, χάνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Επομένως, αυτή η διαδικασία είναι εξώθερμη.

Η ενέργεια υπάρχει μέσα σε μια ένωση με διάφορους τρόπους. Τα μόρια μπορούν να έχουν διαφορετικές ποσότητες και τύπους κινητικής ενέργειας. Η κινητική και η περιστροφική κινητική ενέργεια εκδηλώνονται όταν τα μόρια κάμπτονται και περιστρέφονται. Η μεταγραφική κινητική ενέργεια είναι η δύναμη που κινεί ένα ολόκληρο μόριο. Στα υγρά και τα στερεά, τα μόρια μπορούν επίσης να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν διαμοριακούς δεσμούς. Σε ένα αέριο, η δύναμη αυτών των διαμοριακών δεσμών θεωρείται μηδενική. Η ενέργεια στους υδρατμούς είναι μεταφραστική κινητική ενέργεια και εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, η κινητική ενέργεια διαχέεται σε θερμότητα. Τελικά, οι διαμοριακοί δεσμοί είναι αρκετά ισχυροί για να αλλάξουν την κατάσταση του υδρατμού σε υγρό.

Όταν μια ουσία μετατρέπεται από υγρό σε αέριο, απαιτεί ενέργεια ίση με την ενθαλπία εξάτμισης. Προκειμένου να αντιστραφεί αυτή η διαδικασία, το σύστημα θα εκπέμπει τόση ενέργεια. Η ενθαλπία εξάτμισης του νερού είναι περίπου 44 κιλά ανά γραμμομόριο στους 25 βαθμούς Κελσίου. Αυτό σημαίνει ότι κάθε γραμμομόριο νερού απαιτεί 44 κιλά για να μετατραπεί σε ατμούς στους 25 βαθμούς Κελσίου. Αυτή είναι επίσης η ποσότητα ενέργειας που θα εκπέμπει το νερό όταν συμπυκνώνεται σε αυτήν τη θερμοκρασία.

Οι υδρατμοί χρειάζονται μια φυσική τοποθεσία για να συμβεί συμπύκνωση. Μεμονωμένα μόρια υδρατμών δεν θα συμπυκνωθούν χωρίς αρκετά μεγάλα σωματίδια στα οποία μπορούν να προσκολληθούν. Προκειμένου να δημιουργηθεί ένας χώρος για συμπύκνωση, ο αέρας πρέπει να κορεστεί με υδρατμούς και πρέπει να έχει μεγαλύτερα σωματίδια σε αυτό. Αυτά τα μεγαλύτερα σωματίδια μπορεί να είναι ορυκτά ή αρκετά μεγάλα σταγονίδια. Μόλις ένα μόριο υδρατμών έρθει σε επαφή με ένα μεγαλύτερο μόριο που χρησιμεύει ως θέση πυρήνωσης, μπορεί να απελευθερώσει θερμότητα και να συμπυκνωθεί σε υγρό νερό.