Obserwacje z życia codziennego wykazują, że ciecze mają zdolność do parowania. Na przykład, rozlany eter w temperaturze pokojowej paruje bardzo szybko; woda również paruje, ale dużo wolniej. Parowanie zachodzi w każdej temperaturze, ale wraz ze wzrostem temperatury rośnie szybkość parowania. Zjawisko to wykorzystujemy w praktyce, np. wtedy, gdy rozwieszamy po wypraniu wilgotne rzeczy w pobliżu kaloryferów.

Mechanizm parowania można wyjaśnić, korzystając z il. 8.10. Siły wzajemnego przyciągania cząsteczek przeciwdziałają przejściu cząsteczek w parę. Aby cząsteczka mogła opuścić powierzchnię cieczy (czy ciała stałego), czyli „wyparować”, musi mieć dostatecznie dużą energię kinetyczną dla wykonania pracy przeciwko siłom przyciągania tej cząsteczki przez inne cząsteczki. Praca ta odbywa się na drodze $x{R}_M$ nie większej niż promień działania molekularnego. Jeżeli cząsteczka ma dostateczną energię kinetyczną do tego, aby znaleźć się poza zasięgiem działania sił molekularnych, to „wyparuje”, czyli opuści powierzchnię cieczy (ciała stałego). Wzrost temperatury jest równoważny wzrostowi średniej energii kinetycznej cząsteczek, więc w wyższej temperaturze będzie więcej cząsteczek, które będą miały wystarczającą energię kinetyczną dla wyparowania. Widzimy, że przedstawiony mechanizm parowania wyjaśnia, dlaczego szybkość parowania rośnie wraz z podwyższaniem temperatury.

Natomiast jeżeli mamy do czynienia z dwiema substancjami o tej samej temperaturze, to trzeba będzie większej energii kinetycznej do wykonania pracy przeciwko większym siłom przyciągania w jednej substancji niż w przypadku drugiej substancji, w której siły te są mniejsze. To również wyjaśnia, dlaczego ciała organiczne, których cząsteczki są na ogół związane słabymi siłami, parują szybciej niż ciała nieorganiczne. Na przykład eter paruje bardzo łatwo. Podobnie jak w przypadku ciał stałych, trzeba mieć na uwadze wpływ masy cząsteczek na łatwość parowania.

Oczywiście, podczas parowania z cieczy uciekają cząsteczki najszybsze. W ten sposób ciecz zubaża się o cząsteczki o dużej energii kinetycznej i średnia energia kinetyczna pozostałych cząsteczek staje się niższa, czyli obniża się temperatura. Oto dlaczego przy parowaniu ciecz się ochładza. Z tego samego powodu odczuwamy chłód w wyniku pocenia się – wydzielona woda paruje z powierzchni skóry, chłodząc ją.

Gdy dostatecznie dużo cieczy zamkniemy w szczelnym naczyniu, pewna jej ilość przejdzie do fazy gazowej, a pozostała część pozostanie w fazie ciekłej – ustali się pewna równowaga. Czy to oznacza, że proces parowania zostanie zahamowany? Otóż nie. W stanie równowagi dynamicznej cząsteczki w dalszym ciągu będą opuszczać ciecz, ale część cząsteczek będzie do niej wracać, czyli para będzie ulegać kondensacji. W stanie równowagi szybkość parowania będzie równa szybkości kondensacji. Faza gazowa zawierająca cząsteczki cieczy, będąca w stanie równowagi dynamicznej z cieczą, nazywa się parą nasyconą.

Gęstość pary nasyconej bardzo szybko rośnie wraz ze wzrostem temperatury i, odwrotnie, maleje wraz z jej spadkiem. Dla każdej temperatury przy ustalonym ciśnieniu istnieje pewna charakterystyczna gęstość pary nasyconej. Oznacza to, że w określonych warunkach w równowadze z cieczą w fazie gazowej nie może zmieścić się już więcej cząsteczek pochodzących z cieczy. Tym więcej cząsteczek cieczy mieści się w jednostce objętości fazy gazowej, im wyższa jest temperatura. Jeżeli w danej temperaturze gęstość cząsteczek cieczy jest mniejsza niż gęstość pary nasyconej, to mówimy, że mamy do czynienia z parą nienasyconą.

Powstawanie rosy tłumaczymy zjawiskami związanymi z przejściem pary wodnej w powietrzu ze stanu pary nienasyconej do stanu pary nasyconej oraz dostosowaniem gęstości cząsteczek wody do charakterystycznej dla danej temperatury gęstości pary nasyconej. Gdy temperatura powietrza ulegnie szybkiemu obniżeniu, np. w samochodzie w pobliżu zimnej szyby, z powietrza kondensują się kropelki wody i osiadają na szybie w postaci rosy.

Z zawartością pary wodnej związane jest pojęcie wilgotności powietrza, przy czym rozróżniamy wilgotność bezwzględną oraz wilgotność względną. Przez wilgotność bezwzględną powietrza rozumiemy masę pary wodnej zawartej w $1{\text{m}}^3$ powietrza w określonych warunkach, czyli gęstość pary wodnej. Pojęcie wilgotności bezwzględnej stosuje się do zawartości pary wodnej w powietrzu zarówno w stanie pary nasyconej, jak i nienasyconej. Na przykład, w temperaturze $10°\text{C}$ stan pary nasyconej w powietrzu odpowiada wilgotności bezwzględnej równej $10\text{g}/{\text{m}}^3$. To oznacza, że para w powietrzu w temperaturze wyższej, np. $20°\text{C}$, mającym wilgotność bezwzględną $10\text{g}/{\text{m}}^3$, jest w stanie pary nienasyconej.

Wilgotność bezwzględną można wyznaczyć, znając gęstość pary nasyconej w różnych temperaturach. Pomiar polega na przepuszczaniu powietrza przez obszar, w którym obniżamy systematycznie temperaturę aż do uzyskania tzw. punktu rosy, tzn. temperatury powietrza, przy której para wodna zawarta w powietrzu zacznie kondensować w postaci kropelek rosy. Poniżej temperatury punktu rosy występuje już tylko para nasycona. Wtedy z tablic odczytujemy odpowiednią wartość wilgotności bezwzględnej dla danego punktu rosy. Na przykład, jeżeli w omawianym powyżej przykładzie temperatura punktu rosy wyniosła $10°\text{C}$, to oznacza, że otaczające nas powietrze, które miało $20°\text{C}$, miało wilgotność bezwzględną równą $10\text{g}/{\text{m}}^3$.

Przyrząd do pomiaru wilgotności powietrza nazywa się higrometrem. Jeżeli interesuje nas, w jakim stopniu para znajdująca się w powietrzu jest zbliżona do stanu nasycenia, to stosujemy pojęcie tzw. wilgotności względnej. Wilgotnością względną powietrza nazywamy stosunek wilgotności bezwzględnej do gęstości pary nasyconej w danej temperaturze.

W omawianym tu przykładzie mieliśmy w temperaturze $20°\text{C}$ wilgotność bezwzględną równą $10\text{g}/{\text{m}}^3$. Z odpowiednich tablic można odczytać, że gęstość pary nasyconej przy $20°\text{C}$ wynosi $\mathrm{17,3}\text{g}/{\text{m}}^3$. Stwierdzamy zatem, że wilgotność względna powietrza wynosiła $10/\mathrm{17,3}=\mathrm{57,8}\%$.

Pytania i problemy

1. Wytłumacz, na czym polega zjawisko parowania z punktu widzenia mikroskopowego.
2. Przedstaw właściwości pary nasyconej. Podaj wielkość fizyczną, za pomocą której charakteryzujemy parę nasyconą w danej temperaturze.
3. Opisz związek między wilgotnością powietrza i gęstością zawartej w nim pary wodnej.