Ciepło parowania w składzie wody, etanolu, acetonu, cykloheksanu

The odparowanie ciepła lub entalpia parowania jest energią, którą gram ciekłej substancji musi wchłonąć w temperaturze wrzenia w stałej temperaturze; to znaczy, zakończyć przejście z fazy ciekłej do fazy gazowej. Zwykle wyraża się je jednostkami j / g lub cal / g; oraz w kJ / mol, gdy mówimy o entalpii molowej parowania.

Ta koncepcja jest bardziej codzienna niż się wydaje. Na przykład wiele maszyn, takich jak pociągi parowe, działa dzięki energii uwalnianej przez parę wodną. Na powierzchni ziemi widać duże masy pary wznoszące się ku niebu, jak te na obrazku poniżej.

Również odparowanie potu na skórze chłodzi lub odświeża z powodu utraty energii kinetycznej; co przekłada się na spadek temperatury. Poczucie świeżości wzrasta, gdy wieje wiatr, ponieważ szybciej usuwa parę wodną kropel potu.

Ciepło parowania zależy nie tylko od ilości substancji, ale także od jej właściwości chemicznych; zwłaszcza struktury molekularnej i rodzaju obecnych oddziaływań międzycząsteczkowych.

Indeks

• 1 Z czego się składa??
  • 1.1 Średnia energia kinetyczna
  • 1.2 Ciśnienie pary
• 2 Ciepło parowania wody
• 3 Etanol
• 4 Aceton
• 5 Cykloheksan
• 6 Z benzenu
• 7 Toluen
• 8 Heksan
• 9 Odniesienia

Z czego to się składa??

Ciepło parowania (ΔH_vap) jest zmienną fizyczną, która odzwierciedla siły kohezji cieczy. Siły spójności są rozumiane jako te, które utrzymują cząsteczki (lub atomy) razem w fazie ciekłej. Na przykład lotne ciecze mają słabe siły spójności; podczas gdy woda jest bardzo silna.

Dlaczego fakt, że jedna ciecz jest bardziej lotna niż inna i że z tego powodu potrzebuje więcej ciepła do całkowitego odparowania w punkcie wrzenia? Odpowiedź leży w oddziaływaniach międzycząsteczkowych lub siłach Van der Waalsa.

W zależności od struktury molekularnej i chemicznej tożsamości substancji, jej oddziaływania międzycząsteczkowe są różne, jak również wielkość sił kohezyjnych. Aby to zrozumieć, różne substancje muszą być analizowane za pomocą ΔH_vap inny.

Średnia energia kinetyczna

Siły kohezji w cieczy nie mogą być bardzo silne, w przeciwnym razie jej cząsteczki nie drgałyby. Tutaj „wibracja” odnosi się do swobodnego i losowego ruchu każdej cząsteczki w cieczy. Niektóre są wolniejsze lub szybsze niż inne; to znaczy, nie wszystkie z nich mają taką samą energię kinetyczną.

Dlatego mówi się o średnia energia kinetyczna dla wszystkich cząsteczek cieczy. Te cząsteczki, które są wystarczająco szybkie, będą w stanie pokonać siły międzycząsteczkowe, które zatrzymują je w cieczy, i uciekną do fazy gazowej; nawet więcej, jeśli są na powierzchni.

Gdy pierwsza cząsteczka M o wysokiej energii kinetycznej ucieknie, ponownie szacowana jest średnia energia kinetyczna..

Dlaczego? Ponieważ w miarę jak szybsze cząsteczki uciekają do fazy gazowej, wolniejsze pozostają w cieczy. Większa powolność molekularna równa się chłodzeniu.

Ciśnienie pary

Gdy cząsteczki M uciekają do fazy gazowej, mogą powrócić do sinusa; Jeśli jednak ciecz zostanie wystawiona na działanie środowiska, nieuchronnie wszystkie cząsteczki będą miały tendencję do ucieczki i mówi się, że nastąpiło parowanie.

Jeśli ciecz jest przechowywana w hermetycznie zamkniętym pojemniku, można ustalić równowagę ciecz-gaz; to znaczy prędkość, z jaką opuszczają się cząsteczki gazowe, będzie taka sama, z jaką wchodzą.

Ciśnienie wywierane przez cząsteczki gazu na powierzchnię cieczy w tej równowadze jest znane jako ciśnienie pary. Jeśli pojemnik jest otwarty, ciśnienie będzie niższe w porównaniu z ciśnieniem działającym na ciecz w zamkniętym pojemniku.

Im wyższa prężność pary, tym bardziej lotna ciecz. Im bardziej zmienne, tym słabsze są siły spójności. Dlatego też do odparowania go do normalnej temperatury wrzenia będzie potrzebne mniej ciepła; to znaczy temperatura, w której ciśnienie pary i ciśnienie atmosferyczne są wyrównane, 760 torr lub 1atm.

Ciepło parowania wody

Cząsteczki wody mogą tworzyć słynne wiązania wodorowe: H-O-H-OH₂. Ten szczególny rodzaj interakcji międzycząsteczkowych, choć słaby, jeśli rozważa się trzy lub cztery cząsteczki, jest niezwykle silny, gdy mówi się o milionach z nich..

Ciepło parowania wody w jej punkcie wrzenia wynosi 2260 J / g lub 40,7 kJ / mol. Co to znaczy? Żeby odparować gram wody w temperaturze 100 ° C, 2260 J (lub 40,7 kJ są potrzebne do odparowania jednego mola wody, czyli około 18 g).

Woda o temperaturze ciała ludzkiego, 37 ° C, ma ΔH_vap lepszy Dlaczego? Ponieważ, jak mówi jego definicja, woda musi być podgrzewana do 37 ° C, aż osiągnie punkt wrzenia i całkowicie wyparuje; zatem ΔH_vap to jest większe (a nawet bardziej, jeśli chodzi o niskie temperatury).

Z etanolu

ΔH_vap etanolu w temperaturze wrzenia wynosi 855 J / g lub 39,3 kJ / mol. Zauważ, że jest niższy niż woda, ponieważ jego struktura, CH₃CH₂OH, może ledwie tworzyć mostek wodorowy. Jednak nadal jest wśród cieczy o najwyższych punktach wrzenia.

Z acetonu

ΔH_vap acetonu wynosi 521 J / g lub 29,1 kJ / mol. Ponieważ odzwierciedla ciepło parowania, jest znacznie bardziej lotną cieczą niż woda lub etanol, a zatem wrze w niższej temperaturze (56 ° C).

Dlaczego? Ponieważ jego cząsteczki CH₃OCH₃ nie mogą tworzyć mostków wodorowych i mogą oddziaływać tylko poprzez siły dipolowo-dipolowe.

Z cykloheksanu

Dla cykloheksanu jego ΔH_vap wynosi 358 J / g lub 30 kJ / mol. Składa się z sześciokątnego pierścienia o wzorze C₆H₁₂. Ich cząsteczki oddziałują z siłami dyspersyjnymi z Londynu, ponieważ są niepolarne i nie mają momentu dipolowego.

Zauważ, że chociaż jest cięższy niż woda (84 g / mol vs 18 g / mol), jego siły spójności są niższe.

Z benzenu

ΔH_vap benzenu, aromatyczny sześciokątny pierścień o wzorze C₆H₆, wynosi 395 J / g lub 30,8 kJ / mol. Podobnie jak cykloheksan oddziałuje on siłami dyspersyjnymi; ale jest również zdolny do tworzenia dipoli i przemieszczania powierzchni pierścieni (gdzie ich podwójne wiązania są delokalizowane) nad innymi.

To wyjaśnia, dlaczego bycie apolarnym i niezbyt ciężkim ma ΔH_vap stosunkowo wysoki.

Z toluenu

ΔH_vap toluenu jest nawet wyższy niż benzenu (33,18 kJ / mol). Wynika to z faktu, że oprócz wyżej wymienionych, jego grupy metylowe, -CH₃ współpracują przy dipolarnym momencie toluenu; z kolei mogą oddziaływać siłami dyspersji.

Z heksanu

I wreszcie ΔH_vap heksanu wynosi 335 J / g lub 28,78 kJ / mol. Jego struktura to CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, to znaczy liniowy, w przeciwieństwie do cykloheksanu, który jest sześciokątny.

Chociaż ich masy cząsteczkowe różnią się bardzo niewiele (86 g / mol vs. 84 g / mol), struktura cykliczna bezpośrednio wpływa na sposób, w jaki cząsteczki oddziałują. Jako pierścień, siły rozpraszające są bardziej skuteczne; podczas gdy w liniowej strukturze heksanu są bardziej „błędne”.

Wartości ΔH_vap w przypadku heksanu kolidują z acetonem. Zasadniczo heksan, ponieważ ma wyższą temperaturę wrzenia (81 ° C), powinien mieć ΔH_vap większy niż acetonu, który wrze w 56ºC.

Różnica polega na tym, że aceton ma pojemność cieplna wyższy niż heksan. Oznacza to, że w celu ogrzania grama acetonu od 30 ° C do 56 ° C i odparowania go, wymaga ono więcej ciepła niż to użyte do ogrzania grama heksanu od 30 ° C do jego temperatury wrzenia 68 ° C..

Referencje

1. TutorVista. (2018). Entalpia parowania. Źródło: chemistry.tutorvista.com
2. Chemia LibreTexts. (3 kwietnia 2018 r.). Ciepło parowania Źródło: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (s.f.). Standardowe ciepło parowania cykloheksanu. Źródło: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Entalpie parowania związków organicznych i metaloorganicznych, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, tom 32, nr 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, str. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Pojemność cieplna, ciepło parowania i gęstość wody. Źródło: www.khanacademy.org