Det varmefordampning eller enthalpi af fordampning er den energi, som et gram flydende stof skal absorbere ved sit kogepunkt ved konstant temperatur; det vil sige at fuldføre overgangen fra væske til gasformig fase. Det udtrykkes normalt i enhederne j / g eller cal / g; og i kJ / mol, når vi taler om fordampningens molære entalpi.
Dette koncept er mere hverdag, end det ser ud til. For eksempel kører mange maskiner, såsom damptog, på den energi, der frigives af vanddamp. På jordens overflade kan store dampmasser observeres stige mod himlen, som dem på billedet nedenfor.
Også fordampning af sved på huden køler eller opdateres på grund af tabet af kinetisk energi; hvilket oversættes til et fald i temperaturen. Følelsen af friskhed øges, når vinden blæser, da den hurtigere fjerner vanddampen fra sveden.
Fordampningsvarmen afhænger ikke kun af mængden af stof, men af dets kemiske egenskaber; især af molekylær struktur og typen af intermolekylære interaktioner til stede.
Artikelindeks
Fordampningsvarmen (ΔHvap) er en fysisk variabel, der afspejler væskens sammenhængskræfter. Samhørighedskræfter forstås som dem, der holder molekyler (eller atomer) sammen i den flydende fase. Flygtige væsker har for eksempel svage samhørighedskræfter; mens de af vandet er meget stærke.
Hvorfor er det, at en væske er mere flygtig end en anden, og at den som et resultat kræver mere varme for at fordampe fuldstændigt ved sit kogepunkt? Svaret ligger i de intermolekylære interaktioner eller Van der Waals kræfter.
Afhængig af den molekylære struktur og stoffets kemiske identitet varierer dets intermolekylære interaktioner såvel som størrelsen af dets samhørighedskræfter. For at forstå det skal forskellige stoffer analyseres med ΔHvap forskellige.
Samhørighedskræfterne i en væske kan ikke være særlig stærke, ellers ville dens molekyler ikke vibrere. Her refererer "vibrere" til den frie og tilfældige bevægelse af hvert molekyle i væsken. Nogle går langsommere eller hurtigere end andre; det vil sige, at de ikke alle har den samme kinetiske energi.
Derfor er der tale om en gennemsnitlig kinetisk energi for alle molekyler i væsken. Disse molekyler hurtigt nok vil være i stand til at overvinde de intermolekylære kræfter, der holder den i væsken, og vil flygte ud i den gasformige fase; mere, hvis de er på overfladen.
Når det første molekyle M med høj kinetisk energi undslipper, når den gennemsnitlige kinetiske energi estimeres igen, falder det.
Hvorfor? Fordi de hurtigere molekyler flygter ud i gasfasen, forbliver de langsommere i væsken. Større molekylær langsomhed er lig med køling.
Når M-molekyler flygter ud i gasfasen, kan de vende tilbage til væsken; Men hvis væsken udsættes for miljøet, vil uundgåeligt alle molekyler have en tendens til at undslippe, og det siges, at der var en fordampning.
Hvis væsken opbevares i en hermetisk forseglet beholder, kan der oprettes en ligevægt mellem væske og gas; det vil sige, den hastighed, hvormed de gasformige molekyler forlader, vil være den samme, som de kommer ind i.
Det tryk, som gasmolekyler udøver på overfladen af væsken i denne ligevægt, er kendt som damptrykket. Hvis beholderen er åben, vil trykket være lavere sammenlignet med det, der virker på væsken i den lukkede beholder.
Jo højere damptryk, jo mere flygtig er væsken. At være mere ustabil, jo svagere er dens samhørighedskræfter. Og derfor kræves mindre varme for at fordampe det til dets normale kogepunkt; det vil sige den temperatur, ved hvilken damptrykket og atmosfæretrykket er ens, 760 torr eller 1atm.
Vandmolekyler kan danne de berømte hydrogenbindinger: H-O-H-OHto. Denne specielle type intermolekylær interaktion, selvom den er svag, når man overvejer tre eller fire molekyler, er ekstremt stærk, når det kommer til millioner af dem..
Vaporens fordampningsvarme ved kogepunktet er 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol. Hvad betyder det? For at fordampe et gram vand ved 100ºC har du brug for 2260J (eller 40,7kJ for at fordampe et mol vand, det vil sige omkring 18g).
Vand ved temperaturen i det menneskelige legeme, 37ºC, har en ΔHvap højere. Hvorfor? Fordi, som definitionen siger, skal vandet opvarmes til 37 ° C, indtil det når sit kogepunkt og fordamper fuldstændigt; derfor ΔHvap er højere (og endnu mere når det kommer til kolde temperaturer).
Ahvap ethanol ved kogepunktet er 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Bemærk, at det er ringere end vandets, fordi dets struktur, CH3CHtoÅh, det kan næppe danne en hydrogenbinding. Det er dog fortsat blandt væskerne med de højeste kogepunkter..
Ahvap af acetone er 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. Da den reflekterer sin fordampningsvarme, er den en meget mere flygtig væske end vand eller ethanol, og koger derfor ved en lavere temperatur (56 ° C)..
Hvorfor? Fordi dets CH-molekyler3OCH3 kan ikke danne hydrogenbindinger og kan kun interagere gennem dipol-dipol kræfter.
For cyclohexan er dets ΔHvap det er 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består af en sekskantet ring med formlen C6H12. Dens molekyler interagerer gennem spredningskræfter i London på grund af det faktum, at de er apolare og mangler et dipolmoment..
Bemærk, at selv om det er tungere end vand (84 g / mol versus 18 g / mol), er dets samhørighedskræfter lavere.
Ahvap af benzen, aromatisk sekskantet ring med formel C6H6, det er 395 J / g eller 30,8 kJ / mol. Ligesom cyclohexan interagerer det gennem spredningskræfter; men det er også i stand til at danne dipoler og flytte overfladen af ringene (hvor deres dobbeltbindinger delokaliseres) på andre.
Dette forklarer, hvorfor det er apolar og ikke meget tungt, det har en ΔHvap relativt høj.
Ahvap toluen er endnu højere end benzen (33,18 kJ / mol). Dette skyldes, ud over de ovennævnte, dets methylgrupper, -CH3 de samarbejder i dipolmomentet af toluen; som igen kan de interagere ved hjælp af spredningskræfter.
Og endelig, ΔHvap af hexanen er 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Dens struktur er CH3CHtoCHtoCHtoCHtoCH3, det vil sige lineær i modsætning til cyclohexan, som er sekskantet.
Selvom deres molekylære masse adskiller sig meget lidt (86 g / mol versus 84 g / mol), påvirker den cykliske struktur direkte den måde, hvorpå molekylerne interagerer. At være en ring er spredningskræfterne mere effektive; på den anden side er de i den lineære struktur af hexan mere "vandrende".
Værdierne af ΔHvap for hexan er de i konflikt med dem for acetone. I grund og grund skal hexan have et ΔH, fordi hexan har et højere kogepunkt (81 ° C)vap større end acetone, som koger ved 56 ºC.
Forskellen er, at acetone har en Varmekapacitet højere end hexan. Dette betyder, at for at opvarme et gram acetone fra 30 ° C til 56 ° C og fordampe det, kræver det mere varme, end det bruges til at opvarme et gram hexan fra 30 ° C til dets kogetemperatur på 68 ° C..
Endnu ingen kommentarer