De varmefordamping eller entalpi av fordampning er energien som et gram flytende stoff må absorbere ved kokepunktet ved konstant temperatur; det vil si 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 fordampningens molare entalpi.
Dette konseptet er mer hverdagslig enn det ser ut til. For eksempel kjører mange maskiner, for eksempel damptog, på energien som frigjøres av vanndamp. På jordoverflaten kan store dampmasser observeres stige mot himmelen, som de på bildet nedenfor.
Også fordampning av svette på huden avkjøles eller oppdateres på grunn av tap av kinetisk energi; som oversettes til et fall i temperaturen. Følelsen av friskhet øker når brisen blåser, da den fjerner vanndampen fra svetten raskere.
Fordampningsvarmen avhenger ikke bare av stoffmengden, men av dens kjemiske egenskaper; spesielt av molekylær struktur, og typen intermolekylære interaksjoner som er tilstede.
Artikkelindeks
Fordampningsvarmen (ΔHvap) er en fysisk variabel som gjenspeiler væskens sammenhengende krefter. Kohesjonskrefter forstås som de som holder molekyler (eller atomer) sammen i væskefasen. Flyktige væsker har for eksempel svake kohesjonskrefter; mens de av vannet er veldig sterke.
Hvorfor er det slik at en væske er mer flyktig enn en annen, og at det som et resultat krever mer varme for å fordampe helt ved kokepunktet? Svaret ligger i intermolekylære interaksjoner eller Van der Waals krefter.
Avhengig av den molekylære strukturen og stoffets kjemiske identitet, varierer dens intermolekylære interaksjoner, så vel som størrelsen på dens kohesjonskrefter. For å forstå det, må forskjellige stoffer analyseres med ΔHvap annerledes.
Kohesjonskreftene i en væske kan ikke være veldig sterke, ellers ville molekylene ikke vibrere. Her refererer "vibrere" til den frie og tilfeldige bevegelsen til hvert molekyl i væsken. Noen går saktere, eller raskere enn andre; det vil si at de ikke alle har samme kinetiske energi.
Derfor er det snakk om en gjennomsnittlig kinetisk energi for alle væsker. Disse molekylene raskt nok vil være i stand til å overvinne de intermolekylære kreftene som holder den i væsken, og vil flykte ut i gassfasen; mer, hvis de er på overflaten.
Når det første molekylet M med høy kinetisk energi slipper unna, når den gjennomsnittlige kinetiske energien estimeres igjen, avtar den.
Hvorfor? Fordi de raskere molekylene flykter ut i gassfasen, forblir de langsommere i væsken. Større molekylær treghet er lik kjøling.
Når M-molekyler rømmer ut i gassfasen, kan de komme tilbake til væsken; Imidlertid, hvis væsken utsettes for miljøet, vil uunngåelig alle molekylene ha en tendens til å rømme, og det sies at det var fordampning.
Hvis væsken holdes i en hermetisk forseglet beholder, kan det opprettes en likevekt mellom væske og gass; det vil si at hastigheten som de gassformige molekylene forlater vil være den samme som de kommer inn i.
Trykket som utøves av gassmolekyler på væskeoverflaten i denne likevekten er kjent som damptrykk. Hvis beholderen er åpen, vil trykket være lavere sammenlignet med det som virker på væsken i den lukkede beholderen.
Jo høyere damptrykk, jo mer flyktig er væsken. Å være mer flyktig, jo svakere er dens kohesjonskrefter. Og derfor vil det være behov for mindre varme for å fordampe den til sitt normale kokepunkt; det vil si temperaturen der damptrykket og atmosfæretrykket er like, 760 torr eller 1atm.
Vannmolekyler kan danne de berømte hydrogenbindinger: H-O-H-OHto. Denne spesielle typen intermolekylær interaksjon, selv om den er svak når man vurderer tre eller fire molekyler, er ekstremt sterk når det gjelder millioner av dem..
Vannet til fordampning av vann ved kokepunktet er 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol. Hva betyr det? For å fordampe et gram vann ved 100 ° C trenger du 2260J (eller 40,7kJ for å fordampe et mol vann, det vil si rundt 18g).
Vann ved temperaturen i menneskekroppen, 37ºC, har en ΔHvap høyere. Hvorfor? Fordi, som definisjonen sier, må vannet varmes opp til 37 ° C til det når kokepunktet og fordamper helt; derfor ΔHvap er høyere (og enda mer når det gjelder kalde temperaturer).
Ahvap etanol ved kokepunktet er 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Merk at den er dårligere enn vann, fordi strukturen, CH3CHtoOH, det kan knapt danne en hydrogenbinding. Imidlertid fortsetter det å være blant væskene med de høyeste kokepunktene..
Ahvap av aceton er 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. Da den reflekterer fordampningsvarmen, er den en mye mer flyktig væske enn vann eller etanol, og koker derfor ved en lavere temperatur (56 ºC)..
Hvorfor? Fordi dets CH-molekyler3OCH3 kan ikke danne hydrogenbindinger og kan bare samhandle gjennom dipol-dipolkrefter.
For cykloheksan er dets ΔHvap det er 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består av en sekskantet ring med formel C6H12. Molekylene interagerer gjennom dispersjonskreftene i London, på grunn av at de er apolare og mangler et dipolmoment..
Merk at selv om det er tyngre enn vann (84 g / mol vs 18 g / mol), er dets kohesjonskrefter lavere.
Ahvap av benzen, aromatisk sekskantet ring med formel C6H6, det er 395 J / g eller 30,8 kJ / mol. Som cykloheksan samhandler det gjennom spredningskrefter; men den er også i stand til å danne dipoler og flytte overflaten på ringene (der deres dobbeltbindinger blir avlokalisert) på andre.
Dette forklarer hvorfor det er apolar, og ikke veldig tungt, det har en ΔHvap relativt høy.
Ahvap toluen er enda høyere enn benzen (33,18 kJ / mol). Dette er fordi, i tillegg til de ovennevnte, dens metylgrupper, -CH3 de samarbeider i dipolmomentet av toluen; som i sin tur kan de samhandle med spredningskrefter.
Og til slutt, ΔHvap av heksan er 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Dens struktur er CH3CHtoCHtoCHtoCHtoCH3, det vil si lineær, i motsetning til cykloheksan, som er sekskantet.
Selv om molekylmassene varierer veldig lite (86 g / mol mot 84 g / mol), påvirker den sykliske strukturen direkte måten molekylene samhandler på. Å være en ring, er spredningskreftene mer effektive; derimot, i den lineære strukturen til heksan, er de mer "vandrende".
Verdiene til ΔHvap for heksan er de i konflikt med de for aceton. I prinsippet, fordi heksan har et høyere kokepunkt (81 ° C), bør det ha en ΔHvap større enn aceton, som koker ved 56 ºC.
Forskjellen er at aceton har en Varmekapasitet høyere enn for 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 koketemperaturen på 68 ° C..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.