The odpařování tepla nebo entalpie odpařování je energie, kterou musí gram kapalné látky absorbovat při teplotě varu při konstantní teplotě; to znamená dokončit přechod z kapalné do plynné fáze. Obvykle se vyjadřuje v jednotkách j / g nebo cal / g; a v kJ / mol, když mluvíme o molární entalpii odpařování.
Tento koncept je každodennější, než se zdá. Například mnoho strojů, jako jsou parní vlaky, běží na energii uvolněnou vodní párou. Na zemském povrchu lze pozorovat velké množství par stoupající k obloze, jako na obrázku níže.
Také odpařování potu na pokožce se ochladí nebo osvěží v důsledku ztráty kinetické energie; což se promítá do poklesu teploty. Pocit větru se zvyšuje, když vánek fouká, protože rychleji odvádí vodní páru z kapek potu.
Teplo odpařování závisí nejen na množství látky, ale na jejích chemických vlastnostech; zejména molekulární struktury a typu přítomných intermolekulárních interakcí.
Rejstřík článků
Výparné teplo (ΔHvap) je fyzikální proměnná, která odráží soudržné síly kapaliny. Kohezními silami se rozumí ty, které drží molekuly (nebo atomy) pohromadě v kapalné fázi. Například těkavé kapaliny mají slabé kohezní síly; zatímco ti z vody jsou velmi silní.
Čím to je, že jedna kapalina je těkavější než druhá a že ve výsledku vyžaduje více tepla, aby se úplně odpařila při bodu varu? Odpověď spočívá v mezimolekulárních interakcích nebo Van der Waalsových silách.
V závislosti na molekulární struktuře a chemické identitě látky se liší její intermolekulární interakce a velikost jejích kohezních sil. Abychom tomu porozuměli, musí být různé látky analyzovány pomocí ΔHvap odlišný.
Kohezní síly v kapalině nemohou být příliš silné, jinak by její molekuly nevibrovaly. Zde „vibrace“ označuje volný a náhodný pohyb každé molekuly v kapalině. Některé jdou pomaleji nebo rychleji než jiné; to znamená, že ne všichni mají stejnou kinetickou energii.
Proto se hovoří o a průměrná kinetická energie pro všechny molekuly kapaliny. Tyto molekuly dostatečně rychle budou schopné překonat mezimolekulární síly, které ji drží v kapalině, a uniknou do plynné fáze; více, pokud jsou na povrchu.
Jakmile unikne první molekula M s vysokou kinetickou energií, když se znovu odhadne průměrná kinetická energie, klesá.
Proč? Protože jak rychlejší molekuly unikají do plynné fáze, ty pomalejší zůstávají v kapalině. Větší molekulární pomalost se rovná chlazení.
Když M molekuly uniknou do plynné fáze, mohou se vrátit do kapaliny; Pokud je však kapalina vystavena prostředí, nevyhnutelně budou mít všechny molekuly tendenci unikat a říká se, že došlo k odpařování.
Pokud se kapalina udržuje v hermeticky uzavřené nádobě, lze dosáhnout rovnováhy kapalina-plyn; to znamená, že rychlost, s jakou plynné molekuly odcházejí, bude stejná, s jakou vstoupí.
Tlak vyvíjený molekulami plynu na povrch kapaliny v této rovnováze je znám jako tlak par. Pokud je nádoba otevřená, bude tlak nižší ve srovnání s tlakem působícím na kapalinu v uzavřené nádobě.
Čím vyšší je tlak par, tím je kapalina těkavější. Čím jsou těkavější, tím slabší jsou jeho kohezní síly. K odpaření na normální teplotu varu bude tedy zapotřebí méně tepla; tj. teplota, při které jsou tlak par a atmosférický tlak stejné, 760 torr nebo 1 atm.
Molekuly vody mohou tvořit slavné vodíkové vazby: H-O-H-OHdva. Tento speciální typ intermolekulární interakce, i když je slabý, když vezmeme v úvahu tři nebo čtyři molekuly, je extrémně silný, pokud jde o miliony z nich..
Teplo odpařování vody při bodu varu je 2260 J / g nebo 40,7 kJ / mol. Co to znamená? K odpaření gramu vody při 100 ° C potřebujete 2260 J (nebo 40,7 kJ k odpaření mola vody, tj. Kolem 18 g).
Voda o teplotě lidského těla, 37 ° C, má ΔHvap vyšší. Proč? Protože, jak říká její definice, musí být voda ohřátá na 37 ° C, dokud nedosáhne svého bodu varu a úplně se neodpaří; proto ΔHvap je vyšší (a ještě více, pokud jde o nízké teploty).
ΔHvap ethanolu při jeho bodu varu je 855 J / g nebo 39,3 kJ / mol. Všimněte si, že je horší než voda, protože jeho struktura, CH3CHdvaOH, sotva může tvořit vodíkovou vazbu. Nadále však patří mezi kapaliny s nejvyššími body varu..
ΔHvap acetonu je 521 J / g nebo 29,1 kJ / mol. Protože odráží své odpařovací teplo, je to mnohem těkavější kapalina než voda nebo ethanol, a proto se vaří při nižší teplotě (56 ° C)..
Proč? Protože jeho molekuly CH3OCH3 nemůže vytvářet vodíkové vazby a může interagovat pouze prostřednictvím dipól-dipólových sil.
Pro cyklohexan jeho ΔHvap je to 358 J / g nebo 30 kJ / mol. Skládá se z šestiúhelníkového kruhu se vzorcem C.6H12. Jeho molekuly interagují prostřednictvím londýnských disperzních sil, protože jsou nepolární a postrádají dipólový moment..
Všimněte si, že i když je těžší než voda (84 g / mol proti 18 g / mol), jeho kohezní síly jsou nižší.
ΔHvap benzenu, aromatický hexagonální kruh vzorce C6H6, je to 395 J / g nebo 30,8 kJ / mol. Stejně jako cyklohexan interaguje prostřednictvím rozptylových sil; ale je také schopen vytvářet dipóly a přemístit povrch prstenů (kde jsou jejich dvojné vazby delokalizovány) na jiných.
To vysvětluje, proč je apolární a není příliš těžký, má ΔHvap relativně vysoká.
ΔHvap toluen je dokonce vyšší než benzen (33,18 kJ / mol). Důvodem je, že kromě výše uvedených, jeho methylové skupiny, -CH3 spolupracují v dipólovém okamžiku toluenu; naopak mohou interagovat disperzními silami.
A nakonec ΔHvap hexanu je 335 J / g nebo 28,78 kJ / mol. Jeho struktura je CH3CHdvaCHdvaCHdvaCHdvaCH3, to znamená lineární, na rozdíl od cyklohexanu, který je šestihranný.
I když se jejich molekulové hmotnosti liší velmi málo (86 g / mol proti 84 g / mol), cyklická struktura přímo ovlivňuje způsob, jakým molekuly interagují. Jako prstenec jsou disperzní síly účinnější; na druhé straně jsou v lineární struktuře hexanu více „putující“.
Hodnoty ΔHvap pro hexan jsou v rozporu s těmi pro aceton. V zásadě, protože hexan má vyšší teplotu varu (81 ° C), měl by mít ΔHvap větší než aceton, který se vaří při 56 ° C.
Rozdíl je v tom, že aceton má a tepelná kapacita vyšší než hexan. To znamená, že k zahřátí gramu acetonu z 30 ° C na 56 ° C a jeho odpaření je zapotřebí více tepla, než kolik je použito k zahřátí gramu hexanu z 30 ° C na teplotu varu 68 ° C..
Zatím žádné komentáře