Évaporation

Dans un volume libre au-dessus d'un liquide formé de molécules d'une espèce chimique donnée, certaines molécules de cette espèce se trouvent sous forme gazeuse. À l'équilibre thermodynamique, la pression gazeuse obtenue définit la pression de vapeur saturante qui dépend de la température. Si le liquide est constitué d'un mélange d'espèces, celles-ci se retrouvent dans le gaz avec des pressions partielles égales à la pression de vapeur saturante de chacune d'entre elles.

L'état d'équilibre d'un système à une seule espèce est décrit par la formule de Rankine :

${\displaystyle \ln \left({\frac {p_{2}}{p_{1}}}\right)=-{\frac {\Delta H_{\text{ vap }}}{R}}\left({\frac {1}{T_{2}}}-{\frac {1}{T_{1}}}\right)}$

où ${\displaystyle p_{1}}$, ${\displaystyle p_{2}}$ sont les pressions aux températures ${\displaystyle T_{1}}$ et ${\displaystyle T_{2}}$, ${\displaystyle \Delta H_{\text{ vap }}}$ l'énergie de vaporisation (ou enthalpie de vaporisation) et ${\displaystyle R}$ la constante universelle des gaz parfaits.

Lorsque la pression partielle de la vapeur dans le gaz est inférieure à la pression de vapeur saturante, une partie des molécules passe de la phase liquide à la phase gazeuse : c'est l'évaporation, qui demande de fournir la chaleur latente correspondante. Pour un système fermé, ceci a pour effet de refroidir le liquide. Ce phénomène est décrit par la relation de Hertz-Knudsen donnant le débit massique par unité d'aire :

${\displaystyle {\dot {m}}=\alpha \;{\sqrt {\frac {M}{2\pi RT}}}\,\left(p_{s}-p\right)}$

où ${\displaystyle p_{s}}$ est la pression de vapeur saturante, ${\displaystyle M}$ la masse molaire et ${\displaystyle \alpha <1}$ un coefficient d'efficacité du phénomène dépendant de l'espèce et de la température. L'équilibre, correspondant à un débit nul, est atteint lorsque ${\displaystyle p=p_{s}}$.

Dans le cas d'un mélange formé de plusieurs espèces liées faiblement, par exemple une espèce dans un solvant, les liaisons diminuent la pression de vapeur d'équilibre. On parle alors d'une diminution d'activité liée au solvant.

L'évaporation est un phénomène surfacique où les molécules à la surface passent progressivement d'un état à l'autre alors que l'ébullition est un phénomène volumique (les bulles naissent dans le liquide).

L'évaporation est un changement d'état lent alors que l'ébullition est un changement d'état rapide.

Évaporation par mois et par matériau en Allemagne, années 1893-2014.

Évaporation mensuelle selon la hauteur de la mer, en Allemagne, années 1893–2014.

Évaporation annuelle en Allemagne, années 1893–2014.

Évaporation annuelle potentielles (vers Turc / Ivanov^[pas clair]) en Allemagne, années 1893–2014.

Les facteurs favorisant l'évaporation sont :

• la surface exposée (étendre le linge favorise l'évaporation),
• le type de matériau imprégné (le nylon sèche plus vite que la laine ou le coton),
• le vent, qui favorise l'évaporation,
• l'humidité de l'air : l'évaporation sera plus importante dans un air sec que dans un air humide,
• un apport de chaleur tel que le soleil favorise le séchage par évaporation, car celle-ci, est endothermique, c'est-à-dire qu'elle absorbe de la chaleur de l'environnement.

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