蒸氣壓與沸點 (Boiling Point)

蒸氣壓與沸點 (Boiling Point)
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

每一種物質在一密閉系統中，當其液態和氣態達到一動態平衡時，我們稱這時候物質蒸氣的壓力為飽和蒸汽壓。物質的蒸氣壓只隨物質的種類和溫度變化，所以定溫下純物質皆有固定的蒸氣壓。不過蒸氣壓和溫度變化為一非線性關係，有興趣的同學可參考Clausius-Clapeyron relation。
當液體的蒸氣壓等於液面上的大氣壓力時，液體的內部會發生劇烈的汽化現象，此時的溫度稱為沸點。因此，大氣壓力的大小決定了沸點的高低。例如，高山上氣體稀薄，氣壓低，沸點也跟著降低。一般而言，我們稱在大氣壓為一大氣壓(1 atm)下的測得的沸點為「正常沸點」(Normal boiling point)。(圖一中紅圈處為該物質之正常沸點)

談到沸點，第一個想到的就是剛剛提到的，氣壓低導致沸點降低，食物不易煮熟；另一個跟它相反的例子是，壓力鍋的使用，高壓的環境使鍋內水的沸點提高，食物可快速煮熟。其實生活上還有一樣東西是跟沸點有關的，那就是低沸點物質的應用，冷媒。冷媒是利用物質低沸點的特性，可快速汽化，在汽化的過程中帶走系統中大量的熱，達到降溫的效果。1920年以前，人們使用氨，二氧化硫，或氯仿，1928年美國工程師Thomas Midgley開發出無毒、低沸點、低反應性的氯烷(haloalkane)或氟氯昂化合物(Freon)。氟氯昂是俗稱，泛指氟氯碳(chlorofluorocarbon, CFC)或氫氟氯碳化合物(hydrochlorofluorocarbon, HCFC)，但是近年來因為氯烷化合物被認為是臭氧層破洞的元兇，也是造成溫室效應的氣體之一，故1987年9月多個國家於加拿大蒙特婁簽署《蒙特婁議定書》，開始分階段限制氟氯碳化合物的使用。由1996年1月1日起，氯氟碳化合物正式被禁止生產。

參考資料：
1. Vapor pressure. http://en.wikipedia.org/wiki/Vapor_pressure
2. Chlorofluorocarbon. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorofluorocarbon