- Hva består den av?
- Gjennomsnittlig kinetisk energi
- Damptrykk
- Fordampingsvarme av vann
- Fra etanol
- Fra aceton
- Av sykloheksan
- Av benzen
- Fra toluen
- Av heksan
- referanser
Den varme fordampning eller fordampningsvarme er den energi som et gram av flytende stoff skal absorbere ved dens kokepunkt ved konstant temperatur; det vil si for å fullføre overgangen fra væske til gassfase. Det uttrykkes vanligvis i enhetene j / g eller cal / g; og i kJ / mol, når vi snakker om den molare entalpien av fordamping.
Dette konseptet er mer dagligdags enn det virker. For eksempel jobber mange maskiner, for eksempel damptog, på energien som frigjøres av vanndamp. Store dampmasser kan sees stiger himmelt på jordoverflaten, som de på bildet nedenfor.
Kilde: Pxhere
Også fordampning av svette på huden avkjøles eller forfriskes på grunn av tap av kinetisk energi; som betyr en nedgang i temperaturen. Følelsen av friskhet øker når vinden blåser, ettersom den fjerner vanndampen raskere fra svettedråpene.
Fordampingsvarmen avhenger ikke bare av mengden stoff, men av dens kjemiske egenskaper; spesielt av molekylær struktur og typen intermolekylære interaksjoner.
Hva består den av?
Fordampingsvarmen (ΔH vap ) er en fysisk variabel som reflekterer væskens samholdskrefter. Kohesjonskrefter forstås som de som holder molekyler (eller atomer) sammen i væskefasen. Flyktige væsker har for eksempel svake samholdskrefter; mens vannene er veldig sterke.
Hvorfor er det slik at en væske er mer flyktig enn en annen, og at den som et resultat trenger mer varme for å fordampe fullstendig på kokepunktet? Svaret ligger i de intermolekylære interaksjonene eller Van der Waals-kreftene.
Avhengig av molekylstrukturen og stoffets kjemiske identitet, varierer dets intermolekylære interaksjoner, så vel som størrelsen på dens samholdskrefter. For å forstå dette, må forskjellige stoffer med forskjellig ΔH vap analyseres .
Gjennomsnittlig kinetisk energi
Kohesjonskreftene i en væske kan ikke være veldig sterke, ellers ville molekylene ikke vibrere. Her refererer "vibrasjon" til den frie og tilfeldige bevegelsen av hvert molekyl i væsken. Noen går saktere, eller raskere enn andre; det vil si at de ikke alle har den samme kinetiske energien.
Derfor snakker vi om en gjennomsnittlig kinetisk energi for alle væskens molekyler. Disse molekylene raskt nok vil være i stand til å overvinne de intermolekylære kreftene som holder den i væsken, og vil slippe ut i gassfasen; enda mer, hvis de er på overflaten.
Når det første molekylet M med høy kinetisk energi slipper ut, når den gjennomsnittlige kinetiske energien estimeres igjen, reduseres det.
Hvorfor? For når de raskere molekylene slipper ut i gassfasen, blir de saktere igjen i væsken. Langsomhet med langsommethet tilsvarer kjøling.
Damptrykk
Når M-molekyler slipper ut til gassfasen, kan de komme tilbake til væsken; Imidlertid, hvis væsken blir utsatt for miljøet, vil uunngåelig alle molekylene ha en tendens til å slippe ut, og det sies at det skjedde en fordampning.
Hvis væsken holdes i en hermetisk forseglet beholder, kan en flytende-gass likevekt etableres; det vil si at hastigheten som de gassformede molekylene forlater vil være den samme som de kommer inn i.
Trykket som gassmolekyler utøver på overflaten av væsken i denne likevekten er kjent som damptrykket. Hvis beholderen er åpen, vil trykket være lavere sammenlignet med det som virker på væsken i den lukkede beholderen.
Jo høyere damptrykk, desto mer flyktig er væsken. Blir mer ustabil, jo svakere er samholdskreftene. Og det vil derfor kreves mindre varme for å fordampe det til sitt normale kokepunkt; det vil si temperaturen som damptrykket og atmosfæretrykket tilsvarer, 760 torr eller 1atm.
Fordampingsvarme av vann
Vannmolekyler kan danne de berømte hydrogenbindinger: H - O - H-OH 2 . Denne spesielle typen intermolekylær interaksjon, selv om den er svak hvis du vurderer tre eller fire molekyler, er ekstremt sterk når det gjelder millioner av dem.
Fordampingsvarmen for vann ved kokepunktet er 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol . Hva betyr det? For å fordampe et gram vann ved 100 ºC trenger du 2260J (eller 40,7 kJ for å fordampe en mol vann, det vil si rundt 18 g).
Vann ved menneskets kroppstemperatur, 37 ºC, har en høyere ΔH vap . Hvorfor? For som definisjonen sier, må vannet varmes opp til 37 ºC til det når kokepunktet og fordamper fullstendig; derfor er vH vap høyere (og enda høyere når det kommer til kalde temperaturer).
Fra etanol
AH- vapen av etanol ved kokepunktet er 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Legg merke til at det er dårligere enn for vann, fordi dens struktur, CH 3- CH 2- OH, kan neppe danne en hydrogenbinding. Imidlertid fortsetter den å rangere blant væskene med de høyeste kokepunktene.
Fra aceton
AH- vapen av aceton er 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. Når den reflekterer sin fordampings varme, er den en mye mer flyktig væske enn vann eller etanol, og koker derfor ved en lavere temperatur (56 ºC).
Hvorfor? Fordi dets CH 3 OCH 3 molekyler ikke kan danne hydrogenbindinger og bare kan samvirke gjennom dipol-dipol krefter.
Av sykloheksan
For cykloheksan er vH- vapen 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består av en sekskantet ring med formelen C 6 H 12 . Molekylene samvirker gjennom spredningskreftene i London, fordi de er apolare og mangler et dipoløyeblikk.
Merk at selv om det er tyngre enn vann (84g / mol vs 18g / mol), er samholdskreftene lavere.
Av benzen
Den AH VAP av benzen, en aromatisk sekskantet ring med formelen C 6 H 6 , er 395 J / g eller 30,8 kJ / mol. Som cykloheksan samhandler det gjennom spredningskrefter; men det er også i stand til å danne dipoler og flytte overflaten av ringene (der deres dobbeltbindinger er delokalisert) på andre.
Dette forklarer hvorfor den har en relativt høy ΔH vap fordi den er apolar og ikke veldig tung .
Fra toluen
AH- vapen av toluen er enda høyere enn for benzen (33,18 kJ / mol). Dette skyldes det faktum at, i tillegg til de nevnte, dens metylgrupper, -CH 3 samarbeider på dipolmomentet toluen; i tillegg kan de samhandle med spredningskrefter.
Av heksan
Og til slutt er ΔH- vapen til heksan 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Strukturen er CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , det vil si lineær, i motsetning til den for cykloheksan, som er sekskantet.
Selv om molekylmassene deres skiller seg veldig lite ut (86 g / mol vs 84 g / mol), påvirker den sykliske strukturen direkte måten molekylene interagerer på. Som en ring er spredningskreftene mer effektive; på den annen side er de mer "feil" i den lineære strukturen til heksan.
ΔH vap- verdiene for heksan er i konflikt med verdiene for aceton. I prinsippet bør heksan, fordi den har et høyere kokepunkt (81 ºC), ha en større ΔH vap enn aceton, som koker ved 56 ºC.
Forskjellen er at aceton har en høyere varmekapasitet enn heksan. Dette betyr at for å varme opp et gram aceton fra 30 ° C til 56 ° C og fordampe det, krever det mer varme enn det som brukes til å varme opp et gram heksan fra 30 ° C til kokepunktet på 68 ° C.
referanser
- TutorVista. (2018). Enthalpy of Vaporization. Gjenopprettet fra: chemistry.tutorvista.com
- Kjemi LibreTexts. (3. april 2018). Fordampingsvarme. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
- Dortmund Data Bank. (SF). Standard fordampningsvarme av cykloheksan. Gjenopprettet fra: ddbst.com
- Chickos JS & Acree WE (2003). Enthalpies of Vaporization of Organic and Organometallic Compounds, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, bind 32, nr. 2.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 461-464.
- Khan Academy. (2018). Varmekapasitet, fordampingsvarme og tetthet av vann. Gjenopprettet fra: es.khanacademy.org