Évaporation

Évaporation de l'eau de pluie sur un toit.

L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Ce phénomène est donc une vaporisation progressive qui a pour effet d'absorber des calories et donc de réduire la température de l’environnement. Ex : l'eau bouillante

Description

Dans un volume libre au-dessus d'un liquide formé de molécules d'une espèce donnée il existe des molécules gazeuses de même espèce. 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'une 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 relation de Clausius–Clapeyron :

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

Où p₁, p₂ sont les pressions aux températures T₁ et T₂, ΔH_vap l'énergie de vaporisation (ou enthalpie de vaporisation) et 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 passent 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 :

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

Où p_s est la pression de vapeur saturante, M la masse molaire et α < 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 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.

Caractéristiques

Différences entre évaporation et ébullition

L'évaporation est un changement d'état lent appelé vaporisation alors que l'ébullition est une transition rapide d'état.

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),

Facteurs favorisant l'évaporation

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 favorise l'évaporation, surtout si l'air est sec. Par contre, plus le taux d'humidité dans l'air est élevé moins l'évaporation est importante.
• 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.

L'évaporation dans le cas de l'eau

L'évaporation est un phénomène indispensable dans le cycle de la vie sur Terre. Le cycle de l'eau (eau liquide devient nuage, puis retombe en pluie ou neige) nécessite cette étape.

L'évaporation demande une quantité d'énergie en général non négligeable (la chaleur latente de vaporisation), ce qui permet par exemple la régulation de température chez les homéothermes par transpiration et évaporation de la sueur, ou encore le rafraîchissement d'une cruche en terre, ou de l'air par nébulisation (aérosol d'eau). L’évaporation d'un litre de sueur retire 580 kilocalories.

L'évaporation dans le cas des plantes

Chez les plantes, l'évaporation est essentielle pour le transport des nutriments. En effet, grâce aux liaisons hydrogène, les molécules d'eau fonctionnent comme une chaine, se "tirant" les unes les autres. Ainsi, l'eau qui est puisée dans les racines de la plante est transportée jusqu'aux feuilles grâce à la propriété de la cohésion de l'eau et des cellules conductrices du végétal.

Annexes

Articles connexes

• Pression de vapeur saturante,
• Évapotranspiration
• Vapeur d'eau
• Évaporation des trous noirs
• Évaporation sous vide
• Évaporation par faisceau d'électrons
• Évaporateur
• Évaporomètre
• Évaporateur rotatif
• Graduation de la saumure