- Z čeho se skládá?
- Průměrná kinetická energie
- Tlak páry
- Teplo odpařování vody
- Z ethanolu
- Z acetonu
- Z cyklohexanu
- Z benzenu
- Z toluenu
- Z hexanu
- Reference
Teplo odpařování nebo entalpie odpařování je energie, která gram kapalné látky musí absorbovat v jeho bodu varu, při konstantní teplotě; to znamená dokončit přechod z kapaliny 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, pracuje na energii uvolňované vodní párou. Na zemském povrchu, jako na obrázku níže, vidíme, jak se na povrchu Země zvedají velké páry páry.
Zdroj: Pxhere
Také odpařování potu na kůži ochlazuje nebo osvěžuje v důsledku ztráty kinetické energie; což se projeví poklesem teploty. Pocit svěžesti se zvyšuje, když fouká vítr, protože rychleji odstraňuje vodní páry z kapek potu.
Odpařovací teplo závisí nejen na množství látky, ale také na jejích chemických vlastnostech; zejména molekulární struktury a typu přítomných intermolekulárních interakcí.
Z čeho se skládá?
Teplo odpařování (ΔH vap) je fyzikální proměnná, která odráží kohezní síly kapaliny. Soudržnými silami se rozumí síly, které drží molekuly (nebo atomy) pohromadě v kapalné fázi. Například těkavé kapaliny mají slabé kohezní síly; zatímco ty vody jsou velmi silné.
Proč je jedna kapalina více těkavá než jiná a že v důsledku toho potřebuje více tepla, aby se úplně vypařilo v bodu varu? Odpověď spočívá v intermolekulárních interakcích nebo ve van der Waalsových silách.
V závislosti na molekulární struktuře a chemické identitě látky se její intermolekulární interakce liší, stejně jako velikost kohezních sil. Abychom tomu porozuměli, musí být analyzovány různé látky s různými ΔH vap.
Průměrná kinetická energie
Kohezní síly v kapalině nemohou být velmi silné, jinak by jejich molekuly nevibrovaly. Výraz "vibrace" zde označuje volný a náhodný pohyb každé molekuly v kapalině. Někteří jdou pomaleji nebo rychleji než jiní; to znamená, že všichni nemají stejnou kinetickou energii.
Proto mluvíme o průměrné kinetické energii pro všechny molekuly kapaliny. Tyto molekuly dostatečně rychle budou schopné překonat intermolekulární síly, které ji drží v kapalině, a uniknou do plynné fáze; ještě více, pokud jsou na povrchu.
Jakmile první molekula M s vysokou kinetickou energií unikne, když se znovu odhadne průměrná kinetická energie, klesá.
Proč? Protože jak rychlejší molekuly unikají do plynné fáze, zůstávají pomalejší v kapalině. Vyšší molekulární pomalost se rovná chlazení.
Tlak páry
Když molekuly M unikají 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 je kapalina udržována v hermeticky uzavřené nádobě, může být vytvořena rovnováha kapalina-plyn; to znamená, že rychlost, se kterou plynné molekuly opouštějí, bude stejná, se kterou vstupují.
Tlak vyvíjený molekulami plynu na povrch kapaliny v této rovnováze je známý 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 více těkavá kapalina je. S větší volatilitou jsou slabší její síly soudržnosti. A proto bude zapotřebí méně tepla, aby se odpařilo na normální teplotu varu; to je teplota, při které se tlak par a atmosférický tlak rovná, 760 torr nebo 1atm.
Teplo odpařování vody
Molekuly vody mohou tvořit slavné vodíkové vazby: H - O - H-OH 2. Tento zvláštní typ intermolekulární interakce, i když slabý, vezmete-li v úvahu tři nebo čtyři molekuly, je extrémně silný, pokud jde o miliony z nich.
Teplo odpařování vody v jeho bodu varu je 2260 J / g nebo 40,7 kJ / mol. Co to znamená? K odpařování gramu vody při 100 ° C potřebujete 2260 J (nebo 40,7 kJ k odpaření krtka vody, tj. Kolem 18 g).
Voda při teplotě lidského těla, 37 ° C, má vyšší AH vap. Proč? Protože, jak uvádí její definice, musí být voda zahřívána na 37 ° C, dokud nedosáhne bodu varu a zcela se neodpaří; proto ΔH vap je vyšší (a ještě vyšší, pokud jde o nízké teploty).
Z ethanolu
AH VAP ethanolu při jeho bodu varu je 855 J / g nebo 39,3 kJ / mol. Všimněte si, že je nižší než má voda, protože jeho konstrukce, CH 3 CH 2 OH, lze jen těžko tvořit vodíkovou vazbu. Stále však patří mezi kapaliny s nejvyššími body varu.
Z acetonu
AH VAP acetonu je 521 J / g nebo 29,1 kJ / mol. Protože odráží své odpařovací teplo, je mnohem těkavější kapalinou než voda nebo ethanol, a proto vaří při nižší teplotě (56 ° C).
Proč? Vzhledem k tomu, jeho CH 3 OCH 3 molekuly nemohou tvořit vodíkové vazby a mohou jen reagují přes dipól-dipól síly.
Z cyklohexanu
Pro cyklohexan je jeho AH vap 358 J / g nebo 30 kJ / mol. Skládá se z hexagonální prstence se vzorcem C 6 H 12. Její molekuly interagují prostřednictvím londýnských rozptylových sil, protože jsou nepolární a postrádají dipólový moment.
Všimněte si, že ačkoli je těžší než voda (84 g / mol vs. 18 g / mol), jeho kohezní síly jsou nižší.
Z benzenu
AH VAP benzenu, aromatický kruh s hexagonální vzorcem C 6 H 6, je 395 J / g nebo 30,8 kJ / mol. Jako cyklohexan, to interaguje přes disperzní síly; ale je také schopen vytvářet dipóly a přemisťovat povrch prstenců (kde jsou jejich dvojné vazby delokalizovány) na jiné.
Toto vysvětluje, proč, protože je nepolární a není příliš těžký, má relativně vysokou AH vap.
Z toluenu
AH VAP toluenu je dokonce vyšší než u benzenu (33,18 kJ / mol). To je způsobeno skutečností, že, kromě výše uvedených, svými methylových skupin, -CH 3 Spolupráce v dipólového momentu toluenu; mohou také interagovat rozptylovými silami.
Z hexanu
A konečně, AH vap hexanu je 335 J / g nebo 28,78 kJ / mol. Jeho struktura je CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3, to znamená, že lineární, na rozdíl od cyklohexanu, což je šestiúhelníkový.
I když se jejich molekulové hmotnosti liší jen velmi málo (86 g / mol vs. 84 g / mol), cyklická struktura přímo ovlivňuje způsob, jakým molekuly interagují. Protože jsou prsteny, jsou disperzní síly účinnější; na druhé straně jsou "errancující" v lineární struktuře hexanu.
Hodnoty ΔH vap pro hexan jsou v rozporu s hodnotami pro aceton. V zásadě by měl hexan, protože má vyšší bod varu (81 ° C), mít větší vH vap než aceton, který má teplotu varu při 56 ° C.
Rozdíl je v tom, že aceton má vyšší tepelnou kapacitu než hexan. To znamená, že pro ohřev gramu acetonu z 30 ° C na 56 ° C a jeho odpaření vyžaduje více tepla, než se používá k zahřátí gramu hexanu z 30 ° C na jeho teplotu varu 68 ° C.
Reference
- TutorVista. (2018). Entalpie odpařování. Obnoveno z: chemistry.tutorvista.com
- Chemistry LibreTexts. (3. dubna 2018). Odpařovací teplo. Obnoveno z: chem.libretexts.org
- Datová banka Dortmund. (sf). Standardní odpařování cyklohexanu. Obnoveno z: ddbst.com
- Chickos JS & Acree WE (2003). Entalmy odpařování organických a organokovových sloučenin, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, díl 32, č. 2.
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning, s. 461-464.
- Khan Academy. (2018). Tepelná kapacita, teplo odpařování a hustota vody. Obnoveno z: es.khanacademy.org