Odparovanie tepla v tom, čo sa skladá, voda, etanol, acetón, cyklohexán

odparovanie tepla alebo entalpia odparovania je energia, ktorú musí gram kvapalnej látky absorbovať pri svojej teplote varu pri konštantnej teplote; to znamená dokončenie prechodu z kvapalnej fázy do plynnej fázy. Zvyčajne sa vyjadruje jednotkami j / g alebo cal / g; a v kJ / mol, keď hovoríme o molárnej entalpii odparovania.

Tento koncept je každodennejší, než sa zdá. Napríklad mnohé stroje, ako napríklad parné vlaky, pracujú vďaka energii uvoľnenej vodnou parou. Na zemskom povrchu je možné vidieť veľké množstvo pary, ktoré stúpa smerom k oblohe, podobne ako na obrázku dole.

Tiež odparovanie potu na koži sa ochladzuje alebo osviežuje v dôsledku straty kinetickej energie; čo vedie k zníženiu teploty. Vnímanie sviežosti sa zvyšuje, keď fúka vietor, pretože rýchlejšie odstraňuje vodnú paru z kvapiek potu.

Výparné teplo závisí nielen od množstva látky, ale od jej chemických vlastností; najmä molekulárnej štruktúry a typu intermolekulových interakcií.

index

• 1 Z čoho sa skladá??
  • 1.1 Priemerná kinetická energia
  • 1.2 Tlak pár
• 2 Teplo odparovania vody
• 3 Etanol
• 4 Acetón
• 5 Cyklohexán
• 6 benzénu
• 7 Toluén
• 8 Hexán
• 9 Referencie

Z čoho sa skladá??

Výparné teplo (ΔH_VAP) je fyzikálna premenná, ktorá odráža sily súdržnosti kvapaliny. Kohézne sily sa chápu ako sily, ktoré držia molekuly (alebo atómy) spolu v kvapalnej fáze. Prchavé kvapaliny majú napríklad slabé kohézne sily; vody sú veľmi silné.

Prečo je skutočnosť, že jedna kvapalina je prchavejšia ako iná a že kvôli tomu potrebuje viac tepla na úplné odparenie v bode varu? Odpoveď spočíva v intermolekulových interakciách alebo Van der Waalsových silách.

V závislosti od molekulárnej štruktúry a chemickej identity látky sa jej intermolekulové interakcie líšia, ako aj veľkosť jej kohéznych síl. Aby sme to pochopili, musia sa analyzovať rôzne látky pomocou ΔH_VAP rozdielny.

Priemerná kinetická energia

Sily súdržnosti v kvapaline nemôžu byť veľmi silné, inak by molekuly nevibrovali. Tu sa "vibrácia" vzťahuje na voľný a náhodný pohyb každej molekuly v kvapaline. Niektoré idú pomalšie alebo rýchlejšie ako iné; to znamená, že nie všetci majú rovnakú kinetickú energiu.

Preto sa hovorí o priemerná kinetická energia pre všetky molekuly kvapaliny. Tie molekuly, ktoré sú dostatočne rýchle, budú schopné prekonať medzimolekulové sily, ktoré ju zadržiavajú v kvapaline, a budú unikať do plynnej fázy; ešte viac, ak sú na povrchu.

Akonáhle prvá molekula M s vysokou kinetickou energiou unikla, opäť sa odhaduje priemerná kinetická energia..

Prečo? Pretože rýchlejšie molekuly unikajú do plynnej fázy, pomalšie zostávajú v kvapaline. Väčšia molekulová pomalosť sa rovná chladeniu.

Tlak pary

Keď molekuly M uniknú do plynnej fázy, môžu sa vrátiť do kvapalného sínusu; Ak je však kvapalina vystavená prostrediu, všetky molekuly budú mať tendenciu uniknúť a hovorí sa, že došlo k odpareniu.

Ak je kvapalina udržiavaná v hermeticky uzavretej nádobe, môže byť stanovená rovnováha kvapalina-plyn; to znamená, že rýchlosť, s akou plynné molekuly opúšťajú, bude rovnaká, s akou vstupujú.

Tlak vyvíjaný molekulami plynu na povrchu kvapaliny v tejto rovnováhe je známy ako tlak pary. Ak je nádoba otvorená, tlak bude nižší v porovnaní s tlakom pôsobiacim na kvapalinu uzavretej nádoby.

Čím je vyšší tlak pary, tým je kvapalina prchavejšia. Čím slabší, tým slabšie sú jeho sily súdržnosti. Preto bude potrebné menej tepla na jeho odparenie do normálneho bodu varu; to znamená teplotu, pri ktorej sa tlak pary a atmosférický tlak vyrovnávajú, 760 torr alebo 1 m.

Teplo odparovania vody

Molekuly vody môžu tvoriť známe vodíkové väzby: H-O-H-OH₂. Tento špeciálny typ intermolekulárnej interakcie, aj keď je slabý, ak sa uvažuje o troch alebo štyroch molekulách, je extrémne silný, keď hovorí o miliónoch..

Teplo odparovania vody v bode varu je 2260 J / g alebo 40,7 kJ / mol. Čo to znamená? Že na odparenie gramu vody pri 100 ° C, 2260 J (alebo 40,7 kJ sú potrebné na odparenie jedného mólu vody, to znamená okolo 18 g).

Voda pri teplote ľudského tela, 37 ° C, má AH_VAP vyššia. Prečo? Pretože, ako hovorí jeho definícia, musí byť voda ohriata na 37 ° C, až kým nedosiahne bod varu a úplne sa nevyparí; preto AH_VAP je to väčšie (a je to ešte viac, keď ide o chladné teploty).

Z etanolu

AH_VAP etanolu pri teplote varu 855 J / g alebo 39,3 kJ / mol. Všimnite si, že je nižšia ako voda, pretože jej štruktúra, CH₃CH₂OH, môže sotva tvoriť vodíkový most. Stále však patrí medzi kvapaliny s najvyššou teplotou varu.

Z acetónu

AH_VAP acetónu je 521 J / g alebo 29,1 kJ / mol. Odráža svoje teplo odparovania, je to oveľa prchavejšia kvapalina ako voda alebo etanol, a preto sa varí pri nižšej teplote (56 ° C)..

Prečo? Pretože jeho CH molekuly₃OCH₃ nemôžu vytvárať vodíkové mosty a môžu pôsobiť iba prostredníctvom dipólovo-dipólových síl.

Cyklohexánu

Pre cyklohexán, jeho AH_VAP je 358 J / g alebo 30 kJ / mol. Pozostáva zo šesťuholníkového kruhu so vzorcom C₆H₁₂. Ich molekuly vzájomne pôsobia disperznými silami z Londýna, pretože sú nepolárne a nemajú dipólový moment.

Všimnite si, že hoci je ťažšia ako voda (84 g / mol oproti 18 g / mol), jej kohézne sily sú nižšie.

Benzénu

AH_VAP benzén, aromatický hexagonálny kruh so vzorcom C₆H₆, je 395 J / g alebo 30,8 kJ / mol. Podobne ako cyklohexán, interaguje disperznými silami; ale je tiež schopný vytvárať dipóly a premiestňovať povrch prstencov (kde sú ich dvojité väzby delokalizované) nad inými.

To vysvetľuje, prečo je nepolárna a nie príliš ťažká, má AH_VAP relatívne vysoké.

Z toluénu

AH_VAP toluénu je dokonca vyššia ako v prípade benzénu (33,18 kJ / mol). Je to spôsobené tým, že okrem vyššie uvedených, jeho metylových skupín, -CH₃ spolupracujú na dipolárnom momente toluénu; ako na druhej strane môžu vzájomne pôsobiť rozptyľujúcimi silami.

Z hexánu

A nakoniec, AH_VAP hexánu je 335 J / g alebo 28,78 kJ / mol. Jeho štruktúra je CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, to znamená lineárny, na rozdiel od cyklohexánu, ktorý je šesťuholníkový.

Hoci ich molekulové hmotnosti sa líšia veľmi málo (86 g / mol oproti 84 g / mol), cyklická štruktúra priamo ovplyvňuje spôsob interakcie molekúl. Byť prsteň, rozptyľujúce sily sú efektívnejšie; keďže v lineárnej štruktúre hexánu sú viac "errand".

Hodnoty AH_VAP pre hexán sú v rozpore s acetónom. V zásade by hexán, pretože má vyššiu teplotu varu (81 ° C), mal mať hodnotu ΔH_VAP acetón, ktorý má teplotu varu 56 ° C.

Rozdiel je v tom, že acetón má a tepelná kapacita vyšší ako hexán. To znamená, že na zahrievanie gramu acetónu z 30 ° C na 56 ° C a jeho odparenie sa vyžaduje viac tepla, ako je teplota použitá na zahrievanie gramu hexánu z 30 ° C na teplotu varu 68 ° C..

referencie

1. TutorVista. (2018). Entalpia odparovania. Zdroj: chemistry.tutorvista.com
2. Chémia LibreTexts. (3. apríla 2018). Teplo odparovania Zdroj: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (N. D.). Štandardné teplo odparovania cyklohexánu. Zdroj: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Enthálie odparovania organických a organokovových zlúčenín, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, zväzok 32, č.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Tepelná kapacita, výparné teplo a hustota vody. Zdroj: www.khanacademy.org