Теплота испарения, в чем она состоит, вода, этанол, ацетон, циклогексан

испарение тепла или энтальпия испарения - это энергия, которую грамм жидкого вещества должен поглощать при температуре кипения при постоянной температуре; завершение перехода из жидкой фазы в газовую фазу. Обычно выражается в единицах j / g или cal / g; и в кДж / моль, когда мы говорим о молярной энтальпии испарения.

Эта концепция более повседневная, чем кажется. Например, многие машины, такие как паровозы, работают благодаря энергии, выделяемой водяным паром. На поверхности Земли можно увидеть большие массы пара, поднимающиеся к небу, как на изображении ниже..

Кроме того, испарение пота на коже охлаждает или освежает из-за потери кинетической энергии; что приводит к снижению температуры. Ощущение свежести усиливается, когда дует ветер, потому что он быстрее удаляет водяной пар из капель пота.

Теплота испарения зависит не только от количества вещества, но и от его химических свойств; особенно молекулярной структуры и типа присутствующих межмолекулярных взаимодействий.

индекс

• 1 Из чего он состоит??
  • 1.1 Средняя кинетическая энергия
  • 1.2 Давление пара
• 2 Теплота испарения воды
• 3 Этанол
• 4 Ацетон
• 5 циклогексан
• 6 бензола
• 7 Толуол
• 8 гексан
• 9 Ссылки

Из чего он состоит??

Теплота испарения (ΔH_VAP) представляет собой физическую переменную, которая отражает силы сцепления жидкости. Силы сцепления понимаются как силы, которые удерживают молекулы (или атомы) вместе в жидкой фазе. Летучие жидкости, например, имеют слабые силы сцепления; в то время как те из воды очень сильны.

Почему тот факт, что одна жидкость является более летучей, чем другая, и что из-за этого требуется больше тепла, чтобы полностью испариться в точке кипения? Ответ заключается в межмолекулярных взаимодействиях или силах Ван-дер-Ваальса.

В зависимости от молекулярной структуры и химической идентичности вещества его межмолекулярные взаимодействия варьируются, а также величина его сил сцепления. Чтобы понять это, различные вещества должны быть проанализированы с ΔH_VAP другой.

Средняя кинетическая энергия

Силы сцепления внутри жидкости не могут быть очень сильными, иначе ее молекулы не будут вибрировать. Здесь «вибрация» относится к свободному и случайному движению каждой молекулы в жидкости. Некоторые идут медленнее или быстрее других; то есть не все из них имеют одинаковую кинетическую энергию.

Таким образом, есть разговоры о средняя кинетическая энергия для всех молекул жидкости. Те молекулы, которые достаточно быстрые, смогут преодолеть межмолекулярные силы, которые удерживают его в жидкости, и уйдут в газовую фазу; даже больше, если они на поверхности.

Как только первая молекула М с высокой кинетической энергией вышла наружу, снова оценивается средняя кинетическая энергия..

Почему? Потому что чем быстрее молекулы попадают в газовую фазу, тем медленнее остаются в жидкости. Большая молекулярная медленность равна охлаждению.

Давление пара

Когда молекулы М попадают в газовую фазу, они могут возвращаться в жидкий синус; Однако, если жидкость подвергается воздействию окружающей среды, неизбежно все молекулы будут стремиться к вылету, и говорят, что произошло испарение..

Если жидкость хранится в герметически закрытом контейнере, можно установить равновесие жидкость-газ; то есть скорость, с которой уходят газообразные молекулы, будет той же самой, с которой они входят.

Давление, оказываемое молекулами газа на поверхность жидкости в этом равновесии, известно как давление пара. Если контейнер открыт, давление будет ниже, чем давление жидкости закрытого контейнера..

Чем выше давление пара, тем более летучая жидкость. Будучи более изменчивым, слабее становятся его силы сплоченности. И поэтому для его испарения до нормальной температуры кипения потребуется меньше тепла; то есть температура, при которой давление пара и атмосферное давление уравниваются, 760 Торр или 1 атм..

Теплота испарения воды

Молекулы воды могут образовывать знаменитые водородные связи: H-O-H-OH₂. Этот особый тип межмолекулярного взаимодействия, хотя и слабый, если рассматривать три или четыре молекулы, чрезвычайно силен, если говорить о миллионах из них..

Теплота испарения воды в точке кипения составляет 2260 Дж / г или 40,7 кДж / моль. Что это значит? Чтобы испарить грамм воды при 100 ° C, необходимо 2260 Дж (или 40,7 кДж, чтобы испарить один моль воды, то есть около 18 г)..

Вода при температуре тела человека, 37 ° С, имеет ΔH_VAP выше. Почему? Потому что, как говорится в определении, вода должна быть нагрета до 37ºC, пока она не достигнет точки кипения и не испарится полностью; следовательно, ΔH_VAP оно больше (и тем более, когда речь идет о низких температурах).

Этанола

ΔH_VAP этанола при его температуре кипения составляет 855 Дж / г или 39,3 кДж / моль. Обратите внимание, что он ниже, чем вода, потому что его структура, СН₃СН₂ОН, он едва может образовать водородный мост. Тем не менее, он продолжает оставаться среди жидкостей с самыми высокими температурами кипения.

Ацетона

ΔH_VAP ацетона составляет 521 Дж / г или 29,1 кДж / моль. Поскольку он отражает тепло испарения, он является гораздо более летучей жидкостью, чем вода или этанол, и, следовательно, он кипит при более низкой температуре (56ºC).

Почему? Потому что его молекулы СН₃ОСН₃ они не могут образовывать водородные мостики и могут взаимодействовать только через диполь-дипольные силы.

Циклогексана

Для циклогексана его ΔH_VAP составляет 358 Дж / г или 30 кДж / моль. Состоит из шестиугольного кольца с формулой С₆H₁₂. Их молекулы взаимодействуют с силами рассеяния из Лондона, потому что они неполярные и не имеют дипольного момента.

Обратите внимание, что, хотя он тяжелее воды (84 г / моль против 18 г / моль), его силы сцепления ниже.

Бензола

ΔH_VAP бензола, ароматическое гексагональное кольцо с формулой С₆H₆, составляет 395 Дж / г или 30,8 кДж / моль. Как и циклогексан, он взаимодействует с дисперсионными силами; но он также способен образовывать диполи и перемещать поверхность колец (где их двойные связи делокализованы) над другими.

Это объясняет, почему будучи неполярным и не очень тяжелым, оно имеет ΔH_VAP относительно высокий.

Из толуола

ΔH_VAP Толуол даже выше, чем бензол (33,18 кДж / моль). Это связано с тем, что, помимо вышеупомянутых, его метильные группы, -CH₃ они взаимодействуют в дипольный момент толуола; в свою очередь, они могут взаимодействовать силами рассеивания.

Из гексана

И, наконец, ΔH_VAP гексана составляет 335 Дж / г или 28,78 кДж / моль. Его структура СН₃СН₂СН₂СН₂СН₂СН₃, то есть линейный, в отличие от циклогексана, который является шестиугольным.

Хотя их молекулярные массы отличаются очень мало (86 г / моль против 84 г / моль), циклическая структура напрямую влияет на способ взаимодействия молекул. Будучи кольцом, рассеивающие силы более эффективны; тогда как в линейной структуре гексана они более "заблуждаются".

Значения ΔH_VAP для гексана они конфликтуют с таковыми из ацетона. В принципе, гексан, поскольку он имеет более высокую температуру кипения (81ºC), должен иметь ΔH_VAP больше, чем у ацетона, который кипит при 56ºC.

Разница в том, что ацетон имеет теплоемкость выше гексана. Это означает, что для нагревания грамма ацетона от 30 ° C до 56 ° C и его испарения требуется больше тепла, чем для нагревания грамма гексана от 30 ° C до температуры кипения 68 ° C..

ссылки

1. TutorVista. (2018). Энтальпия испарения. Получено от: chem.tutorvista.com
2. Химия LibreTexts. (3 апреля 2018 г.) Тепло испарения Получено от: chem.libretexts.org
3. Дортмунд Банк данных. (Н.Д.). Стандартная теплота испарения циклогексана. Получено с: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Энтальпии испарения органических и металлоорганических соединений, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 32, No. 2.
5. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 461-464.
6. Ханская академия. (2018). Теплоемкость, теплота испарения и плотность воды. Получено с: www.khanacademy.org