Toplina isparavanja u onome što se sastoji, voda, etanol, aceton, cikloheksan

isparavanje topline ili entalpija isparavanja je energija koju gram tekuće tvari mora apsorbirati na svojoj točki vrenja na stalnoj temperaturi; to jest, dovršiti prijelaz iz tekuće faze u plinsku fazu. Obično se izražava sa jedinicama j / g ili kal / g; te u kJ / molu, kada govorimo o molarnoj entalpiji isparavanja.

Ovaj koncept je svakodnevniji nego što se čini. Na primjer, mnogi strojevi, kao što su vlakovi za paru, rade zahvaljujući energiji koju ispuštaju vodene pare. Na zemljinoj površini mogu se vidjeti velike mase para koje se uzdižu prema nebu, poput onih na slici ispod.

Također, isparavanje znoja na koži hladi se ili osvježava zbog gubitka kinetičke energije; što znači smanjenje temperature. Osjećaj svježine se povećava kad puše povjetarac, jer brže uklanja vodenu paru kapljica znoja.

Toplina isparavanja ne ovisi samo o količini tvari, već io njezinim kemijskim svojstvima; osobito molekularne strukture i tipa prisutnih intermolekularnih interakcija.

indeks

• 1 Od čega se sastoji??
  • 1.1 Prosječna kinetička energija
  • 1.2 Tlak pare
• 2 Toplina isparavanja vode
• Etanol
• 4 Aceton
• 5 Cikloheksan
• 6 benzena
• 7 Toluen
• 8 Heksan
• 9 Reference

Od čega se sastoji??

Toplina isparavanja (AH_VAP) je fizikalna varijabla koja odražava sile kohezije tekućine. Pod kohezijskim snagama podrazumijevaju se one koje drže molekule (ili atome) zajedno u tekućoj fazi. Na primjer, hlapljive tekućine imaju slabe kohezijske sile; dok su vode vrlo jake.

Zašto je činjenica da je jedna tekućina hlapljivija od druge i da zbog toga treba više topline da potpuno ispari na točki vrenja? Odgovor leži u intermolekularnim interakcijama ili Van der Waalsovim silama.

Ovisno o molekularnoj strukturi i kemijskom identitetu tvari, njezine intermolekularne interakcije variraju, kao i veličina njenih kohezijskih sila. Da bi ga razumjeli, različite tvari moraju se analizirati s ΔH_VAP drugačiji.

Prosječna kinetička energija

Sile kohezije unutar tekućine ne mogu biti vrlo jake, inače, njegove molekule neće vibrirati. Ovdje se "vibrira" odnosi na slobodno i slučajno kretanje svake molekule u tekućini. Neki idu sporije ili brže od drugih; to jest, nisu svi od njih imali istu kinetičku energiju.

Stoga se govori o prosječna kinetička energija za sve molekule tekućine. One molekule koje su dovoljno brze moći će prevladati intermolekularne sile koje ga zadržavaju u tekućini i pobjeći će u plinsku fazu; čak i više, ako su na površini.

Kada je prva molekula M s visokom kinetičkom energijom pobjegla, procijenjena je ponovno prosječna kinetička energija..

Zašto? Budući da brže molekule pobjegnu u plinsku fazu, one sporiji ostaju u tekućini. Veća molekularna sporost jednaka je hlađenju.

Tlak pare

Kako M molekule pobjegnu u plinsku fazu, mogu se vratiti u tekući sinus; Međutim, ako je tekućina izložena okolini, neizbježno će sve molekule pobjeći i kaže se da je došlo do isparavanja..

Ako se tekućina drži u hermetički zatvorenom spremniku, može se uspostaviti ravnoteža tekućeg plina; to jest, brzina kojom će plinovite molekule napustiti bit će ista s kojom ulaze.

Pritisak molekula plina na površinu tekućine u ovoj ravnoteži poznat je kao tlak pare. Ako je spremnik otvoren, tlak će biti niži u usporedbi s onim koji djeluje na tekućinu zatvorenog spremnika.

Što je viši tlak pare, tekućina je hlapljivija. Budući da su nestabilniji, slabije su njegove snage kohezije. Stoga će biti potrebno manje topline da bi se isparilo do njegove normalne točke vrenja; to jest, temperatura pri kojoj se tlak pare i atmosferski tlak izjednače, 760 torr ili 1atm.

Toplina isparavanja vode

Molekule vode mogu tvoriti poznate vodikove veze: H-O-H-OH₂. Ova posebna vrsta intermolekularne interakcije, iako slaba ako se uzmu u obzir tri ili četiri molekule, izuzetno je jaka kada se govori o milijunima njih..

Toplina isparavanja vode na točki vrenja je 2260 J / g ili 40.7 kJ / mol. Što to znači? Da ispari gram vode na 100 ° C, 2260 J (ili 40,7 kJ potrebno je da ispari jedan mol vode, tj. Oko 18 g).

Voda na temperaturi ljudskog tijela, 37 ° C, ima ΔH_VAP veći. Zašto? Budući da, kako kaže njegova definicija, voda mora biti zagrijana na 37ºC dok ne dostigne točku ključanja i potpuno ispari; prema tome, H_VAP ona je veća (a još više kad je riječ o hladnim temperaturama).

Etanola

AH_VAP etanola na njegovom vrelištu je 855 J / g ili 39,3 kJ / mol. Imajte na umu da je niži od vode, jer je njegova struktura, CH₃CH₂OH, jedva može formirati vodikov most. Međutim, i dalje je među tekućinama s najvišim točkama vrenja.

Od acetona

AH_VAP acetona je 521 J / g ili 29,1 kJ / mol. Budući da odražava njegovu toplinu isparavanja, ona je mnogo hlapljivija tekućina od vode ili etanola, i stoga vri na nižoj temperaturi (56 ° C).

Zašto? Zbog svojih molekula CH₃OCH₃ ne mogu formirati vodikove mostove i mogu međusobno djelovati samo preko dipol-dipolnih sila.

Cikloheksana

Za cikloheksan, njegov ΔH_VAP je 358 J / g ili 30 kJ / mol. Sastoji se od šesterokutnog prstena s formulom C₆H₁₂. Njihove molekule međusobno djeluju disperzijskim snagama iz Londona, jer su apolarne i nemaju dipolni trenutak.

Imajte na umu da iako je teži od vode (84g / mol vs 18g / mol), njegove kohezijske sile su niže.

Benzena

AH_VAP benzena, aromatskog heksagonalnog prstena s formulom C₆H₆, je 395 J / g ili 30.8 kJ / mol. Kao i cikloheksan, on djeluje pomoću sila disperzije; ali, ona je također sposobna formirati dipole i premjestiti površinu prstena (gdje su njihove dvostruke veze delokalizirane) preko drugih.

To objašnjava zašto bivanje apolarnim, a ne jako teškim, ima ΔH_VAP relativno visoka.

Iz toluena

AH_VAP toluena je čak i viša od benzena (33,18 kJ / mol). To je zbog toga što, pored onoga što je upravo spomenuto, njegove metil grupe, -CH₃ surađuju u dipolarnom trenutku toluena; s druge strane, oni mogu međusobno djelovati disperzijskim silama.

Iz heksana

I na kraju, ΔH_VAP heksana je 335 J / g ili 28,78 kJ / mol. Njegova struktura je CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, to jest, linearno, za razliku od cikloheksana, koji je heksagonalni.

Iako se njihove molekularne mase razlikuju vrlo malo (86 g / mol u odnosu na 84 g / mol), ciklička struktura izravno utječe na način na koji molekule međusobno djeluju. Kao prsten, disperzivne sile su učinkovitije; dok su u linearnoj strukturi heksana one više "lutalice".

Vrijednosti ΔH_VAP za heksan, oni su u sukobu s onima acetona. U principu, heksan, budući da ima višu točku vrenja (81ºC), treba imati ΔH_VAP veći od acetona, koji vri na 56 ° C.

Razlika je u tome što aceton ima a toplinski kapacitet viši od heksana. To znači da za zagrijavanje gram acetona od 30 ° C do 56 ° C i isparavanje, potrebno je više topline nego što se koristi za zagrijavanje grama heksana od 30 ° C do točke vrenja 68 ° C..

reference

1. TutorVista. (2018.). Entalpija isparavanja. Preuzeto s: chemistry.tutorvista.com
2. Kemija LibreTexts. (3. travnja 2018.). Toplina isparavanja Preuzeto s: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (N. D.). Standardna toplina isparavanja cikloheksana. Preuzeto s: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Entalpije isparavanja organskih i organometalnih spojeva, 1880-2002. J. Phys., Chem., Podaci 32, br.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Learning, str. 461-464.
6. Khan Akademija. (2018.). Toplinski kapacitet, toplina isparavanja i gustoća vode. Preuzeto s: www.khanacademy.org