Plik parowanie ciepła lub entalpia parowania to energia, którą gram ciekłej substancji musi wchłonąć w jej punkcie wrzenia przy stałej temperaturze; to znaczy, aby zakończyć przejście od fazy ciekłej do fazy gazowej. Zwykle jest wyrażany w jednostkach j / g lub cal / g; oraz w kJ / mol, kiedy mówimy o molowej entalpii parowania.
Ta koncepcja jest bardziej codzienna, niż się wydaje. Na przykład wiele maszyn, takich jak pociągi parowe, jest zasilanych energią uwalnianą przez parę wodną. Na powierzchni ziemi można zaobserwować duże masy pary unoszącej się w kierunku nieba, tak jak na poniższym obrazku.
Ponadto odparowanie potu na skórze chłodzi lub odświeża z powodu utraty energii kinetycznej; co przekłada się na spadek temperatury. Poczucie świeżości zwiększa się, gdy wieje wiatr, ponieważ szybciej usuwa parę wodną z potu.
Ciepło parowania zależy nie tylko od ilości substancji, ale także od jej właściwości chemicznych; zwłaszcza o strukturze molekularnej i rodzaju obecnych oddziaływań międzycząsteczkowych.
Indeks artykułów
Ciepło parowania (ΔHvap) jest zmienną fizyczną, która odzwierciedla siły kohezji cieczy. Siły kohezji są rozumiane jako siły, które utrzymują cząsteczki (lub atomy) razem w fazie ciekłej. Na przykład lotne ciecze mają słabe siły kohezji; podczas gdy te z wody są bardzo mocne.
Dlaczego jest tak, że jedna ciecz jest bardziej lotna niż inna iw rezultacie wymaga więcej ciepła, aby całkowicie wyparować w punkcie wrzenia? Odpowiedź tkwi w interakcjach międzycząsteczkowych lub siłach Van der Waalsa.
W zależności od struktury molekularnej i chemicznej tożsamości substancji, jej interakcje międzycząsteczkowe są różne, a także wielkość sił kohezji. Aby to zrozumieć, różne substancje muszą być analizowane za pomocą ΔHvap różne.
Siły kohezji w cieczy nie mogą być bardzo silne, w przeciwnym razie jej cząsteczki nie drgałyby. Tutaj „wibracja” odnosi się do swobodnego i przypadkowego ruchu każdej cząsteczki w cieczy. Niektóre poruszają się wolniej lub szybciej niż inne; to znaczy, że nie wszystkie mają taką samą energię kinetyczną.
Dlatego mówi się o średnia energia kinetyczna dla wszystkich cząsteczek cieczy. Te cząsteczki wystarczająco szybko będą w stanie pokonać siły międzycząsteczkowe, które utrzymują je w cieczy i uciekną do fazy gazowej; bardziej, jeśli są na powierzchni.
Gdy pierwsza cząsteczka M o wysokiej energii kinetycznej ucieknie, po ponownym oszacowaniu średniej energii kinetycznej, zmniejsza się.
Dlaczego? Ponieważ szybsze cząsteczki uciekają do fazy gazowej, wolniejsze pozostają w cieczy. Większa powolność molekularna oznacza chłodzenie.
Gdy cząsteczki M uciekają do fazy gazowej, mogą powrócić do cieczy; Jeśli jednak ciecz zostanie wystawiona na działanie środowiska, nieuchronnie wszystkie cząsteczki będą miały tendencję do ucieczki i mówi się, że nastąpiło parowanie.
Jeśli ciecz jest przechowywana w hermetycznie zamkniętym pojemniku, można ustalić równowagę ciecz-gaz; to znaczy, prędkość, z jaką cząsteczki gazowe opuszczają się, będzie taka sama, z jaką wchodzą.
Ciśnienie wywierane przez cząsteczki gazu na powierzchnię cieczy w tej równowadze jest znane jako ciśnienie pary. Jeśli pojemnik jest otwarty, ciśnienie będzie niższe w porównaniu z działaniem na ciecz w zamkniętym pojemniku.
Im wyższe ciśnienie pary, tym bardziej lotna jest ciecz. Będąc bardziej niestabilnym, słabsze są jego siły spójności. W związku z tym potrzeba mniej ciepła, aby odparować go do normalnej temperatury wrzenia; to znaczy temperatura, w której ciśnienie pary i ciśnienie atmosferyczne są równe, 760 tor lub 1 atm.
Cząsteczki wody mogą tworzyć słynne wiązania wodorowe: H-O-H-OHdwa. Ten szczególny rodzaj interakcji międzycząsteczkowej, choć słaby, jeśli wziąć pod uwagę trzy lub cztery cząsteczki, jest niezwykle silny, jeśli chodzi o ich miliony..
Ciepło parowania wody w jej punkcie wrzenia wynosi 2260 J / g lub 40,7 kJ / mol. Co to znaczy? Że do odparowania grama wody w temperaturze 100ºC potrzeba 2260J (lub 40,7kJ do odparowania mola wody, czyli około 18g).
Woda o temperaturze ciała ludzkiego 37ºC ma ΔHvap wyższy. Dlaczego? Ponieważ, zgodnie z definicją, wodę należy podgrzać do 37ºC, aż osiągnie punkt wrzenia i całkowicie wyparuje; dlatego ΔHvap jest wyższa (a tym bardziej, jeśli chodzi o niskie temperatury).
ΔHvap etanolu w jego temperaturze wrzenia wynosi 855 J / g lub 39,3 kJ / mol. Zauważ, że jest gorszy od wody, ponieważ ma strukturę CH3CHdwaOH, ledwo może utworzyć wiązanie wodorowe. Jednak nadal należy do cieczy o najwyższych punktach wrzenia..
ΔHvap acetonu wynosi 521 J / g lub 29,1 kJ / mol. Ponieważ odbija ciepło parowania, jest znacznie bardziej lotną cieczą niż woda czy etanol, dlatego wrze w niższej temperaturze (56ºC)..
Dlaczego? Ponieważ jego cząsteczki CH3OCH3 nie może tworzyć wiązań wodorowych i może oddziaływać tylko poprzez siły dipol-dipol.
W przypadku cykloheksanu jego ΔHvap wynosi 358 J / g lub 30 kJ / mol. Składa się z sześciokątnego pierścienia o wzorze C6H.12. Jego cząsteczki oddziałują poprzez siły dyspersyjne Londynu, ponieważ są apolarne i nie mają momentu dipolowego..
Należy zauważyć, że chociaż jest cięższy od wody (84 g / mol w porównaniu z 18 g / mol), jego siły kohezji są niższe.
ΔHvap benzenu, aromatyczny pierścień heksagonalny o wzorze C6H.6, wynosi 395 J / g lub 30,8 kJ / mol. Podobnie jak cykloheksan, oddziałuje poprzez siły rozpraszania; ale jest również zdolny do tworzenia dipoli i przemieszczania powierzchni pierścieni (gdzie ich podwójne wiązania są zdelokalizowane) na inne.
To wyjaśnia, dlaczego będąc niepolarnym i niezbyt ciężkim, ma ΔHvap stosunkowo wysoki.
ΔHvap toluen jest nawet wyższy niż benzen (33,18 kJ / mol). Dzieje się tak, ponieważ oprócz wyżej wspomnianych jego grup metylowych, -CH3 współpracują w momencie dipolowym toluenu; z kolei mogą oddziaływać na siebie siłami rozpraszania.
I wreszcie ΔHvap heksanu wynosi 335 J / g lub 28,78 kJ / mol. Jego struktura to CH3CHdwaCHdwaCHdwaCHdwaCH3, to znaczy liniowy, w przeciwieństwie do cykloheksanu, który jest heksagonalny.
Chociaż ich masy cząsteczkowe różnią się bardzo nieznacznie (86 g / mol vs 84 g / mol), struktura cykliczna bezpośrednio wpływa na sposób, w jaki cząsteczki oddziałują. Będąc pierścieniem, siły rozpraszające są bardziej skuteczne; z drugiej strony w liniowej budowie heksanu bardziej „błądzą”.
Wartości ΔHvap dla heksanu kolidują z tymi dla acetonu. W zasadzie, ponieważ heksan ma wyższą temperaturę wrzenia (81ºC), powinien mieć ΔHvap większy niż aceton, który wrze w 56ºC.
Różnica polega na tym, że aceton ma pojemność cieplna wyższa niż heksanu. Oznacza to, że aby podgrzać gram acetonu od 30ºC do 56ºC i go odparować, potrzeba więcej ciepła niż jest potrzebne do podgrzania grama heksanu od 30ºC do jego temperatury wrzenia 68ºC..
Jeszcze bez komentarzy