De värmeförångning eller förhalingsentalpi är den energi som ett gram flytande ämne måste absorbera vid sin kokpunkt vid konstant temperatur; det vill säga att slutföra övergången från vätska till gasfas. Det uttrycks vanligtvis i enheterna j / g eller cal / g; och i kJ / mol, när man talar om molar entalpi av förångning.
Detta koncept är mer vardagligt än det verkar. Till exempel kör många maskiner, såsom ångtåg, på den energi som frigörs av vattenånga. På jordytan kan stora ångmassor observeras stiga mot himlen, som de i bilden nedan.
Försvagning av svett på huden svalnar eller fräschas också på grund av förlusten av kinetisk energi; vilket översätts till temperaturfall. Känslan av friskhet ökar när vinden blåser, eftersom den tar bort vattenångan från svettens droppar snabbare.
Förångningsvärmen beror inte bara på mängden ämne utan på dess kemiska egenskaper; speciellt av molekylär struktur och typen av intermolekylära interaktioner närvarande.
Artikelindex
Förångningsvärmen (ΔHvap) är en fysisk variabel som reflekterar vätskans sammanhängande krafter. Sammanhållningskrafter förstås vara de som håller molekyler (eller atomer) samman i vätskefasen. Flyktiga vätskor har till exempel svaga sammanhållningskrafter; medan de av vattnet är mycket starka.
Varför är det så att en vätska är mer flyktig än en annan och att det som ett resultat kräver mer värme för att helt avdunsta vid sin kokpunkt? Svaret ligger i intermolekylära interaktioner eller Van der Waals-krafter.
Beroende på ämnets molekylära struktur och kemiska identitet varierar dess intermolekylära interaktioner, liksom storleken på dess sammanhållningskrafter. För att förstå det måste olika ämnen analyseras med ΔHvap annorlunda.
Sammanhållningskrafterna i en vätska kan inte vara särskilt starka, annars skulle dess molekyler inte vibrera. Här hänvisar "vibrera" till den fria och slumpmässiga rörelsen för varje molekyl i vätskan. Vissa går långsammare eller snabbare än andra; det vill säga att de inte alla har samma kinetiska energi.
Därför talas det om en genomsnittlig kinetisk energi för alla vätskans molekyler. Dessa molekyler tillräckligt snabbt kommer att kunna övervinna de intermolekylära krafterna som håller den i vätskan och kommer att fly in i gasfasen; mer om de är på ytan.
När den första molekylen M med hög kinetisk energi släpper ut, när den genomsnittliga kinetiska energin uppskattas, minskar den.
Varför? För när de snabbare molekylerna flyr in i gasfasen, förblir de långsammare i vätskan. Större molekylär långsamhet är lika med kylning.
När M-molekyler flyr in i gasfasen kan de återgå till vätskan; Men om vätskan exponeras för miljön, kommer oundvikligen alla molekyler att tendera att fly och det sägs att det fanns en avdunstning.
Om vätskan förvaras i en hermetiskt tillsluten behållare kan en jämvikt mellan vätska och gas upprättas; det vill säga den hastighet med vilken de gasformiga molekylerna lämnar kommer att vara densamma som de kommer in i.
Trycket som utövas av gasmolekyler på vätskans yta i denna jämvikt är känt som ångtryck. Om behållaren är öppen kommer trycket att vara lägre jämfört med det som verkar på vätskan i den slutna behållaren.
Ju högre ångtryck, desto mer flyktig är vätskan. Att vara mer flyktig, desto svagare är dess sammanhållningskrafter. Och därför krävs mindre värme för att avdunsta den till sin normala kokpunkt. det vill säga den temperatur vid vilken ångtrycket och atmosfärstrycket är lika, 760 torr eller 1 atm.
Vattenmolekyler kan bilda de berömda vätebindningarna: H-O-H-OHtvå. Denna speciella typ av intermolekylär interaktion, även om den är svag när man överväger tre eller fyra molekyler, är extremt stark när det gäller miljoner av dem..
Förångningsvärmen för vatten vid dess kokpunkt är 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol. Vad betyder det? För att avdunsta ett gram vatten vid 100 ° C behöver du 2260J (eller 40,7kJ för att avdunsta ett mol vatten, det vill säga cirka 18g).
Vatten vid människokroppens temperatur, 37 ° C, har en ΔHvap högre. Varför? För, som dess definition säger, måste vattnet värmas upp till 37 ° C tills det når sin kokpunkt och avdunstar helt; därför ΔHvap är högre (och ännu mer när det gäller kalla temperaturer).
Ahvap etanol vid sin kokpunkt är 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Observera att det är sämre än för vatten, eftersom dess struktur, CH3CHtvåOH, det kan knappt bilda en vätebindning. Det fortsätter dock att vara bland vätskorna med de högsta kokpunkterna..
Ahvap av aceton är 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. Eftersom den återspeglar sin förångningsvärme är den en mycket mer flyktig vätska än vatten eller etanol och kokar därför vid en lägre temperatur (56 ° C)..
Varför? Eftersom dess CH-molekyler3OCH3 kan inte bilda vätebindningar och kan endast interagera genom dipol-dipolkrafter.
För cyklohexan är dess ΔHvap det är 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består av en sexkantig ring med formel C6H12. Dess molekyler interagerar genom dispersionskrafter i London på grund av att de är apolära och saknar ett dipolmoment..
Observera att även om det är tyngre än vatten (84 g / mol mot 18 g / mol), är dess sammanhållningskrafter lägre.
Ahvap av bensen, aromatisk sexkantig ring med formel C6H6, den är 395 J / g eller 30,8 kJ / mol. Liksom cyklohexan interagerar den genom spridningskrafter; men det kan också bilda dipoler och flytta ytan på ringarna (där deras dubbelbindningar avlägsnas) på andra.
Detta förklarar varför det är apolärt och inte särskilt tungt, det har en ΔHvap relativt hög.
Ahvap toluen är ännu högre än bensen (33,18 kJ / mol). Detta beror på att, förutom det ovan nämnda, dess metylgrupper, -CH3 de samarbetar vid dipolmomentet av toluen; som i sin tur kan de interagera med dispersionskrafter.
Och slutligen, ΔHvap av hexan är 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Dess struktur är CH3CHtvåCHtvåCHtvåCHtvåCH3, det vill säga linjärt, till skillnad från cyklohexan, som är sexkantigt.
Även om deras molekylmassor skiljer sig väldigt lite (86 g / mol mot 84 g / mol), påverkar den cykliska strukturen direkt det sätt på vilket molekylerna interagerar. Att vara en ring, är dispersionskrafterna mer effektiva; å andra sidan, i linjär struktur av hexan, är de mer "vandrande".
Värdena för ΔHvap för hexan strider de mot de för aceton. I princip bör hexan ha en ΔH eftersom hexan har en högre kokpunkt (81 ° C)vap större än aceton, som kokar vid 56 ° C.
Skillnaden är att aceton har en värmekapacitet högre än för hexan. Detta innebär att för att värma ett gram aceton från 30 ° C till 56 ° C och förånga det krävs mer värme än vad som används för att värma ett gram hexan från 30 ° C till dess koktemperatur på 68 ° C..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.