Höyrystyslämpö siinä muodossa kuin se on, vesi, etanoli, asetoni, sykloheksaani

lämmön höyrystyminen tai höyrystymisen entalpia on energia, jonka nestemäisen aineen gramman täytyy imeytyä kiehumispisteessään vakiolämpötilassa; toisin sanoen täydellinen siirtyminen nestefaasista kaasufaasiin. Se ilmaistaan ​​yleensä yksikköinä j / g tai cal / g; ja kJ / mol, kun puhumme höyrystymisen molaarisesta entalpiasta.

Tämä käsite on enemmän jokapäiväistä kuin näyttää. Esimerkiksi monet koneet, kuten höyryjunat, toimivat vesihöyryn vapauttaman energian ansiosta. Maan pinnalla voidaan nähdä suuria höyrymasseja, jotka nousevat taivaalle päin, kuten alla olevassa kuvassa.

Myös hiki höyrystyminen iholla jäähtyy tai virkistyy kineettisen energian menetyksen vuoksi; joka tarkoittaa lämpötilan laskua. Tuoreuden tunne kasvaa, kun tuulta puhaltaa, koska se poistaa nopeammin hikoilupisaroiden vesihöyryn.

Höyrystymisen lämpö ei riipu pelkästään aineen määrästä vaan sen kemiallisista ominaisuuksista; erityisesti molekyylirakenteen ja läsnä olevien intermolekulaaristen vuorovaikutusten tyypin.

indeksi

• 1 Mitä se koostuu??
  • 1.1 Keskimääräinen kineettinen energia
  • 1.2 Höyrynpaine
• 2 Veden höyrystyminen
• 3 Etanoli
• 4 Asetoni
• 5 Sykloheksaani
• 6 bentseenistä
• 7 Tolueeni
• 8 Heksaani
• 9 Viitteet

Mitä se koostuu??

Höyrystymisen lämpö (ΔH_VAP) on fyysinen muuttuja, joka heijastaa nesteen yhteenkuuluvuutta. Koheesiovoimana ymmärretään niitä, jotka pitävät molekyylejä (tai atomeja) yhdessä nestefaasissa. Haihtuvilla nesteillä on esimerkiksi heikkoja koheesiovoimia; kun taas veden ne ovat hyvin vahvoja.

Miksi se, että yksi neste on haihtuvampi kuin toinen ja että tämän vuoksi tarvitaan enemmän lämpöä haihtumaan kokonaan kiehumispisteessä? Vastaus on molekyylien välisessä vuorovaikutuksessa tai Van der Waalsin voimissa.

Riippuen molekyylirakenteesta ja aineen kemiallisesta identiteetistä sen molekyylien väliset vuorovaikutukset vaihtelevat samoin kuin sen koheesiovoimien suuruudesta. Sen ymmärtämiseksi eri aineita on analysoitava AH: lla_VAP eri.

Keskimääräinen kineettinen energia

Nesteen yhteenkuuluvuusvoimat eivät voi olla kovin voimakkaita, muuten sen molekyylit eivät värisyisi. Tässä "värähtely" viittaa kunkin molekyylin vapaaseen ja satunnaisliikkeeseen nesteessä. Jotkut menevät hitaammin tai nopeammin kuin toiset; toisin sanoen kaikilla ei ole samaa kineettistä energiaa.

Siksi puhutaan a keskimääräinen kineettinen energia kaikkien nestemolekyylien osalta. Ne molekyylit, jotka ovat tarpeeksi nopeita, pystyvät voittamaan intermolekulaariset voimat, jotka pitävät sen nesteenä, ja poistuvat kaasufaasista; vielä enemmän, jos ne ovat pinnalla.

Kun ensimmäinen molekyyli M on suuri kineettinen energia, se on jälleen arvioitu keskimääräiseksi kineettiseksi energiaksi..

Miksi? Koska nopeammat molekyylit pakenevat kaasufaasiin, hitaammat jäävät nesteeseen. Suurempi molekyylinen hitaus vastaa jäähdytystä.

Höyrynpaine

Kun M-molekyylit pakenevat kaasufaasiin, he voivat palata nestemäiseen siniiniin; Kuitenkin, jos neste on alttiina ympäristölle, kaikki molekyylit ovat väistämättä paeta ja sanotaan haihtuneen.

Jos neste pidetään ilmatiiviisti suljetussa säiliössä, voidaan muodostaa nestemäisen kaasun tasapaino; eli nopeus, jolla kaasumaiset molekyylit lähtevät, on sama, johon ne tulevat.

Kaasumolekyylien paine nesteen pinnalle tässä tasapainossa tunnetaan höyrynpaineena. Jos säiliö on auki, paine on alhaisempi kuin suljetun säiliön nesteeseen vaikuttava.

Mitä suurempi höyrynpaine, sitä haihtuvampi neste. Heikommat ovat sen yhteenkuuluvuuden voimat, koska ne ovat epävakaampia. Siksi tarvitaan vähemmän lämpöä sen höyrystämiseksi normaaliin kiehumispisteeseen; eli lämpötila, jossa höyrynpaine ja ilmakehän paine on tasaantunut, 760 torr tai 1atm.

Veden höyrystymisen lämpö

Vesimolekyylit voivat muodostaa tunnetut vety- sidokset: H-O-H-OH₂. Tämä erityinen intermolekulaarisen vuorovaikutuksen tyyppi, vaikkakin se on heikko, kun otetaan huomioon kolme tai neljä molekyyliä, on erittäin vahva, kun puhutaan miljoonista niistä..

Veden höyrystymislämpö sen kiehumispisteessä on 2260 J / g tai 40,7 kJ / mol. Mitä se tarkoittaa? Jotta haihdutettaisiin gramma vettä 100 ° C: ssa, 2260 J: ssa (tai 40,7 kJ: n höyrytetään yhden moolin vettä, eli noin 18 g).

Ihmisen ruumiin lämpötilassa 37 ° C olevassa vedessä on AH_VAP korkeampi. Miksi? Koska veden määritelmä sanoo, se on lämmitettävä 37 ° C: seen, kunnes se saavuttaa kiehumispisteensä ja haihtuu kokonaan; siksi, AH_VAP se on suurempi (ja se on vieläkin enemmän kylmissä lämpötiloissa).

Etanolia

AH_VAP etanolin kiehumispisteessä on 855 J / g tai 39,3 kJ / mol. Huomaa, että se on pienempi kuin vesi, koska sen rakenne, CH₃CH₂OH, se voi tuskin muodostaa vety sillan. Se on kuitenkin edelleen sellaisten nesteiden joukossa, joiden kiehumispisteet ovat korkeimmat.

Asetonia

AH_VAP asetoni on 521 J / g tai 29,1 kJ / mol. Koska se heijastaa höyrystymisen lämpöä, se on paljon haihtuvampi neste kuin vesi tai etanoli, ja siksi se kiehuu alhaisemmassa lämpötilassa (56 ° C).

Miksi? Koska sen CH-molekyylit₃OCH₃ ne eivät voi muodostaa vetysiltoja ja voivat vuorovaikutuksessa vain dipoli-dipolivoimien kautta.

Sykloheksaania

Sykloheksaanille, sen AH_VAP on 358 J / g tai 30 kJ / mol. Sisältää kuusikulmaisen renkaan, jolla on kaava C₆H₁₂. Niiden molekyylit ovat vuorovaikutuksessa Lontoon dispersiovoimien kanssa, koska ne ovat apolaarisia ja niillä ei ole dipolimomenttia.

Huomaa, että vaikka se on vettä painavampi (84 g / mol vs. 18 g / mol), sen yhteenkuuluvuusvoimat ovat pienemmät.

Bentseenistä

AH_VAP bentseeni, aromaattinen kuusikulmainen rengas, jolla on kaava C₆H₆, on 395 J / g tai 30,8 kJ / mol. Sykloheksaanin tavoin se vaikuttaa dispersiovoimiin; mutta se pystyy myös muodostamaan dipoleja ja siirtämään renkaiden pintaa (jossa niiden kaksoissidokset on siirretty) muiden.

Tämä selittää, miksi se on apolaarinen, eikä kovin raskas, sillä on AH_VAP suhteellisen korkea.

Tolueenista

AH_VAP tolueenia on jopa korkeampi kuin bentseenin (33,18 kJ / mol). Tämä johtuu siitä, että edellä mainittujen lisäksi sen metyyliryhmät -CH₃ ne tekevät yhteistyötä tolueenin dipolaarisen ajanhetkellä; kuten vuorostaan, ne voivat vaikuttaa dispersiovoimiin.

Heksaanista

Ja lopuksi AH_VAP heksaani on 335 J / g tai 28,78 kJ / mol. Sen rakenne on CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, toisin sanoen lineaarinen, toisin kuin sykloheksaanin, joka on kuusikulmainen.

Vaikka niiden molekyylipainot vaihtelevat hyvin vähän (86 g / mol vs. 84 g / mol), syklinen rakenne vaikuttaa suoraan molekyylien vuorovaikutuksen tapaan. Koska ne ovat rengas, dispergointivoimat ovat tehokkaampia; ottaa huomioon, että heksaanin lineaarisessa rakenteessa ne ovat enemmän "errant".

AH: n arvot_VAP heksaanin suhteen ne ovat ristiriidassa asetonin asetusten kanssa. Periaatteessa heksaanissa, koska sen kiehumispiste on korkeampi (81 ° C), pitäisi olla AH_VAP suurempi kuin asetonin, joka kiehuu 56 ° C: ssa.

Erona on, että asetonilla on a lämpökapasiteetti suurempi kuin heksaani. Tämä tarkoittaa, että asetaatin gramman lämmittämiseksi 30 ° C: sta 56 ° C: seen ja haihduttamalla se vaatii enemmän lämpöä kuin mitä käytetään heksaanin gramman lämmittämiseen 30 ° C: sta 68 ° C: n kiehumispisteeseen..

viittaukset

1. TutorVista. (2018). Höyrystymisen entalpia. Haettu osoitteesta chemistry.tutorvista.com
2. Kemia LibreTexts. (3. huhtikuuta 2018). Höyrystymisen lämpö Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (N.D.). Sykloheksaanin höyrystymisen vakio. Haettu osoitteesta ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Orgaanisten ja organometallisten yhdisteiden höyrystymisen entalpia, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, osa 32, nro 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Lämpökapasiteetti, höyrystymisen lämpö ja veden tiheys. Haettu osoitteesta: www.khanacademy.org