蒸發與沸騰的微觀層面

不只有水，世上所有東西都會自然蒸發，這顛覆了我的想像…
我們先來看生活中最常見的「水」的蒸發速度

相對濕度（RH）決定蒸發速率，RH 越低蒸發越快，RH 越高蒸發越慢
相對濕度（RH, Relative Humidity）：

   

：目前水蒸氣分壓
（或寫成 ）：飽和水蒸氣壓力（Saturation Vapor Pressure）

當RH = 0% 時，水分完全沒有受到空氣中水氣的反壓，蒸發速度最快
當RH > 90% 時，空氣中水氣幾近飽和，水分蒸發速度變慢，汗液難以蒸發，人體感覺悶熱、黏膩
當RH = 100% 時，空氣到達飽和，蒸發趨近於0（蒸發速率 = 冷凝速率），易起霧、下雨、結露

液體在任何溫度都會蒸發，僅僅發生在表面
但是達到飽和蒸氣壓，就會停止蒸發
（其實不是停止，而是達平衡 蒸發速度=凝結速度）

但，一旦溫度到達沸點時
水分子會集體暴動，由內而外自發、爭先恐後的變成氣體，不斷往外推擠

沸點的定義

（從最Low到高階精準的說法）：

1 （國中程度）100℃
2 （高中程度）發生沸騰時的溫度
3 （大學程度）當飽和蒸汽壓 = 大氣壓（外部壓力） 的時候
也就是 （或寫成 ）

我們來看一個小氣泡、從微觀角度出發，聚焦在這個粒子身上
因為外界本身具有壓力（大氣壓）
而氣泡內本身有向外的壓力來對抗外壓
所以現在看到的小氣泡，是達到內外壓力平衡的狀態

一旦加熱到100℃、達沸騰狀態時
氣泡內部的水蒸氣變得非常躁動，體積膨脹，內部壓力急遽上升
整顆氣泡非常難受，想要趕快逃離開這裡
於是氣泡就突破外壓、從水中迅速膨脹、上升，將水蒸氣釋放到大氣中
所以我們就會觀察到水沸騰、冒泡

所以「達到沸點時，液體蒸氣壓剛好等於外界壓力」一開始要理解這句話不容易
其實就是溫度高到「平常蒸發狀態就能沸騰」的程度，以達到內外壓力平衡

所以為什麼「水100°C時蒸氣壓是760 mmHg」
是因為到達沸點的時候，水的蒸氣壓（蒸發所產生的壓力）就是一大氣壓

外界壓力	單位 (mmHg)	沸點 (°C)
0.05 atm	38 mmHg	33°C
0.1 atm	76 mmHg	46°C
0.2 atm	152 mmHg	60°C
0.3 atm	228 mmHg	70°C
0.5 atm	380 mmHg	81°C
1.0 atm	760 mmHg	100°C
2.0 atm	1520 mmHg	120°C
3.0 atm	2280 mmHg	133°C
4.0 atm	3040 mmHg	143°C

當外界壓力越高，達到沸點所需的溫度就越大，因為有更多的力量壓在外面
當外界沒什麼壓力時，外面壓制不住，分子就容易躁動，一點點溫度就能使水沸騰

熔點的定義

那同樣地，熔點的定義（從最Low到高階精準的說法）：

1 （國中程度）0℃
2 （高中程度）發生融化時的溫度
3 （大學程度）先Pass，因為這裡不一樣了，液體與固體自由能相等的時候（熱力學的東西，沒辦法單純用壓力解釋）

所有東西都會自然蒸發

老實講這顛覆我原本想像：
在常溫常壓下，幾乎所有東西都有極微小的蒸氣壓，會緩慢升華或蒸發，但黃金與鑽石幾乎不會

人會蒸發、書本會蒸發、自動鉛筆會蒸發、電腦和CPU也都慢慢蒸發
理論上所有東西都會極微小蒸發，只是速率慢到不可觀測，時間是天文級別

表面接觸到外界，分子就會緩緩地私自出走
雖然內部分子被包得緊緊的、被各種束縛，但表面分子感受到的束縛只有一小部分，所以能逃逸、離家出走
（從微觀來看，分子能量隨機分布、有高有低，當 分子就可以逸出），這就是蒸發的核心本質

這也是空氣中灰塵的來源之一
所以塑膠微粒的問題沒辦法完全避免
只要有塑膠製品就會慢慢蒸發、產生塑膠微粒，對人體造成微量影響

從熱力學角度來看
事物傾向往「無序（熵增）」的方向演化，並且蒸發速率隨溫度呈指數增長

以CPU為例，一公克的CPU蒸發所需時間估計為：
25°C → 超過宇宙年齡
1000°C → 幾億年
2000°C → 幾十分鐘
3000°C → 幾秒鐘

溫度越高蒸發速度越快（加熱到視同拿去燒了）
最終達到矽的沸點（3000多度）