Wenn Wasser bei Raumtemperatur verdunstet, weil ein kleiner Prozentsatz der Moleküle genug Energie hat, um in die Luft zu entweichen, warum verdunstet dann eine Küchentheke mit einer kleinen Menge Wasser bei Raumtemperatur schließlich vollständig?
Wenn Wasser bei Raumtemperatur verdunstet, weil ein kleiner Prozentsatz der Moleküle genug Energie hat, um in die Luft zu entweichen, warum verdunstet dann eine Küchentheke mit einer kleinen Menge Wasser bei Raumtemperatur schließlich vollständig?
Wenn Ihr kleiner Prozentsatz an Molekülen mit ausreichend hoher kinetischer Energie verdunstet, kühlt sich das verbleibende flüssige Wasser ab. Dabei leitet es jedoch Wärme aus seiner Umgebung ab und bleibt somit bei Raumtemperatur (oder in der Nähe davon), sodass immer noch ein Teil der Moleküle verdampfen kann, und dies geschieht, und es wird mehr Wärme aus der Umgebung übertragen. und so geht es weiter, bis alles Wasser weg ist.
Dies geschieht, weil die Verdunstungsrate höher ist als die Kondensationsrate.
$$ \ ce {H2O (l) < = >> H2O (g)} $$
Dies liegt auch daran, dass Sie ein offenes System haben: Materie und Energie können mit ihrer Umgebung ausgetauscht werden. Das verdampfte Wasser kann aus dem Glas verdampfen und woanders kondensieren.
Das Wasser auf der Oberfläche existiert nicht isoliert, es ist in Kontakt mit der Luft und mit der Oberfläche. Zufällige Moleküle mit höherer Energie in der Oberfläche und in der Luft fügen den Wassermolekülen durch Kollision Energie hinzu, wodurch einige von ihnen aus der Flüssigkeit entweichen (verdampfen).
Aus diesem Grund führt das Verdampfen von Wasser zur Abkühlung der Luft und Oberflächen um ihn herum.
Nehmen wir an, $ q \ in {]} 0,100 {]} $ ist der minimale Nettoprozentsatz des Volumens (oder der Masse), der bei jeder Sekunde $ t $ verdunstet (für jedes $ t>0 $). Wenn wir "net" sagen, nehmen wir an, dass mehr Wassermoleküle die Küchentheke verlassen als zurückkehren, und dass der Anteil der Moleküle, die die Oberfläche verlassen, im Verhältnis zur Anzahl der zurückkommenden Moleküle eine konstante, positive Untergrenze hat. (Andere Antworten erklären, warum dies unter Küchenbedingungen wahrscheinlich der Fall ist.)
Dann verbleiben höchstens 100-q $ Prozent pro Zeiteinheit. Nach $ t $ Zeiteinheiten beträgt die verbleibende Wassermenge höchstens $ \ mathrm {a_0} \ Bigl (\ frac {100-q} {100} \ Bigr) ^ t $, wobei $ a_0 $ die ist Anfangsbetrag. Seit $ 100-q<100 $ erhalten wir $$ \ lim_ {t \ to + \ infty} \, \ mathrm {a_0} \ Bigl (\ frac {100-q} {100} \ Bigr) ^ t \ = \ 0 \, Insbesondere ist nach einem bestimmten Zeitpunkt die Wassermenge geringer als die minimal mögliche Menge (das Volumen eines $ \ mathrm {H} _2 \ mathrm {O} $ -Moleküls oder seine Masse, vereinfacht, natürlich).
Wenn die getroffene Annahme nicht gültig ist (z. B. aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit irgendwo in Asien), wäre das Ergebnis falsch: Das Wasser wird NICHT vollständig verdunsten.
(Eine Seite muss gemacht werden. Beachten Sie, dass die obige mathematische Behandlung eine grobe Vereinfachung darstellt. Um ein realistischeres Verdunstungsmodell zu erhalten, sollten wir berücksichtigen, dass die Verdunstung nur von der Oberfläche und nicht vom gesamten Volumen erfolgt und dass Sowohl die Oberfläche als auch das Volumen ändern sich mit der Zeit. Beachten Sie auch, dass sich die Verdunstungsrate bereits innerhalb einer Sekunde ändert.)
Wasser verdunstet immer, wenn es bei normalem atmosphärischem Druck über 0 Grad Celsius liegt.
Wenn es über 0 Grad liegt, gibt es immer Moleküle mit ausreichend hohen Energien, um die flüssige Phase zu verlassen.
Siehe diese Quora-Antwort (beachten Sie, dass die Quora-Antwort darauf hinweist, dass Verdunstung bei 0 ° C mit dem richtigen Druck möglich ist), diese Physics.SE-Antwort