- Hvad består det af?
- Gennemsnitlig kinetisk energi
- Damptryk
- Fordampningsvarme af vand
- Fra ethanol
- Fra acetone
- Af cyclohexan
- Af benzen
- Fra toluen
- Af hexan
- Referencer
Den varme fordampning eller fordampningsvarme er den energi, et gram flydende stof skal absorbere ved dens kogepunkt ved konstant temperatur; det vil sige for at afslutte overgangen fra væske til gasfase. Det udtrykkes normalt i enhederne j / g eller cal / g; og i kJ / mol, når man taler om den molære entalpi af fordampning.
Dette koncept er mere dagligdags, end det ser ud til. For eksempel arbejder mange maskiner, såsom damptog, på den energi, der frigøres af vanddamp. Store masser af damp kan ses stigende himmelt på jordoverfladen, ligesom dem på billedet herunder.
Kilde: Pxhere
Desuden afkøles eller opfriskes fordampningen af sved på huden på grund af tabet af kinetisk energi; hvilket omsættes til et fald i temperaturen. Følelsen af friskhed øges, når vinden blæser, da den fjerner vanddampen hurtigere fra sveddråberne.
Fordampningsvarmen afhænger ikke kun af mængden af stof, men af dens kemiske egenskaber; især molekylær struktur og typen af intermolekylære interaktioner, der er til stede.
Hvad består det af?
Fordampningsvarmen (ΔH vap) er en fysisk variabel, der reflekterer væskens samhørighedskræfter. Kohesionskræfter forstås som de, der holder molekyler (eller atomer) sammen i den flydende fase. Flygtige væsker har for eksempel svage samhørighedskræfter; mens vandene er meget stærke.
Hvad er grunden til, at en væske er mere flygtig end en anden, og at den derfor har brug for mere varme for at fordampe fuldstændigt ved kogepunktet? Svaret ligger i de intermolekylære interaktioner eller Van der Waals-kræfter.
Afhængigt af molekylstrukturen og stoffets kemiske identitet varierer dets intermolekylære interaktioner såvel som størrelsen af dets samhørighedskræfter. For at forstå dette skal forskellige stoffer med forskellige ΔH- vap analyseres.
Gennemsnitlig kinetisk energi
Kohesionskræfterne i en væske kan ikke være meget stærke, ellers ville dens molekyler ikke vibrere. Her henviser "vibration" 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 taler vi om en gennemsnitlig kinetisk energi for alle væskens molekyler. Disse molekyler hurtigt nok vil være i stand til at overvinde de intermolekylære kræfter, der holder den i væsken, og vil flygte ind i gasfasen; endnu mere, hvis de er på overfladen.
Når det første molekyle M med høj kinetisk energi slipper ud, når den gennemsnitlige kinetiske energi igen estimeres, falder det.
Hvorfor? For når de hurtigere molekyler slipper ud i gasfasen, forbliver de langsommere i væsken. Højere molekylær langsomhed er lig med afkøling.
Damptryk
Når M-molekyler slipper ud i gasfasen, kan de vende tilbage til væsken; Men hvis væsken udsættes for miljøet, vil uundgåeligt alle molekyler have en tendens til at flygte, og det siges, at der var en fordampning.
Hvis væsken holdes i en hermetisk forseglet beholder, kan der etableres en væske-gas-ligevægt; det vil sige, den hastighed, som de gasformige molekyler forlader, vil være den samme, som de kommer ind i.
Det tryk, der udøves af gasmolekyler på væskeoverfladen 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, desto mere flygtig er væsken. Når de er mere ustabile, jo svagere er dens samhørighedskræfter. Og derfor er der behov for mindre varme for at fordampe det til dets normale kogepunkt; det vil sige temperaturen, ved hvilken damptrykket og atmosfæretrykket er lig med 760 torr eller 1atm.
Fordampningsvarme af vand
Vandmolekyler kan danne de berømte brintbindinger: H - O - H-OH 2. Denne specielle type intermolekylær interaktion er, selvom den er svag, hvis man overvejer tre eller fire molekyler, ekstremt stærk, når det kommer til millioner af dem.
Fordampningsvarmen for vand ved dets kogepunkt er 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol. Hvad betyder det? For at fordampe et gram vand ved 100 ° C har du brug for 2260J (eller 40,7 kJ for at fordampe en mol vand, det vil sige omkring 18 g).
Vand ved menneskelig kropstemperatur, 37 ºC, har en højere vH vap. Hvorfor? Fordi vandet, som dens definition siger, skal opvarmes til 37 ° C, indtil det når sit kogepunkt og fordamper helt; derfor er vH vap højere (og endnu højere når det kommer til kolde temperaturer).
Fra ethanol
ΔH vap af ethanol ved dets kogepunkt er 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Bemærk, at det er ringere end vand, fordi dens struktur, CH 3 CH 2 OH, kan næppe danne en hydrogenbinding. Dog fortsætter det med at rangere blandt væskerne med de højeste kogepunkter.
Fra acetone
AH- vap af acetone er 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. Da det reflekterer sin fordampningsvarme, er det en meget mere flygtig væske end vand eller ethanol, og koges derfor ved en lavere temperatur (56 ºC).
Hvorfor? Fordi dets CH 3 OCH 3 molekyler ikke kan danne brintbindinger og kun kan interagere gennem dipol-dipol kræfter.
Af cyclohexan
For cyclohexan er dens vH- vap 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består af en sekskantet ring med formlen C 6 H 12. Dens molekyler interagerer gennem London-spredningskræfter, fordi de er apolære og mangler et dipol-øjeblik.
Bemærk, at selv om det er tungere end vand (84 g / mol vs 18 g / mol), er dens samhørighedskræfter lavere.
Af benzen
AH VAP benzen, en aromatisk sekskantet ring med formlen C 6 H 6, 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 ringe (hvor deres dobbeltbindinger er delokaliseret) på andre.
Dette forklarer, hvorfor det, når det er apolært og ikke særlig tungt, har en relativt høj ΔH vap.
Fra toluen
AH- vapen af toluen er endnu højere end den for benzen (33,18 kJ / mol). Dette skyldes den kendsgerning, at ud over de førnævnte, dens methylgrupper, -CH 3 Samarbejd på dipolmomentet toluen; de kan også interagere med spredningskræfter.
Af hexan
Og endelig er ΔH- vapen af hexan 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Dens struktur er CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3, det vil sige lineær, i modsætning til for cyclohexan, som er hexagonal.
Selvom deres molekylmasse er meget lidt forskellige (86 g / mol vs 84 g / mol), påvirker den cykliske struktur direkte den måde, hvorpå molekylerne interagerer. Som en ring er spredningskræfterne mere effektive; på den anden side er de mere "vildfarne" i den lineære struktur af hexan.
ΔH- vap- værdierne for hexan er i konflikt med værdierne for acetone. I princippet bør hexan, fordi den har et højere kogepunkt (81 ºC), have en højere ΔH vap end acetone, der koger ved 56 ºC.
Forskellen er, at acetone har en højere varmekapacitet 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 kogepunkt på 68 ° C.
Referencer
- TutorVista. (2018). Enthalpy of Vaporization. Gendannes fra: chemistry.tutorvista.com
- Kemi LibreTexts. (3. april 2018). Fordampningsvarme. Gendannes fra: chem.libretexts.org
- Dortmund Data Bank. (Sf). Standard fordampningsvarme for cyclohexan. Gendannes 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. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s 461-464.
- Khan Academy. (2018). Varmekapacitet, fordampningsvarme og vandtæthed. Gendannes fra: es.khanacademy.org