Η θερμότητα εξάτμισης σε αυτό που συνίσταται, νερό, αιθανόλη, ακετόνη, κυκλοεξάνιο

Το εξάτμιση θερμότητας ή η ενθαλπία εξάτμισης είναι η ενέργεια που ένα γραμμάριο υγρής ουσίας πρέπει να απορροφήσει στο σημείο βρασμού της σε μια σταθερή θερμοκρασία. δηλαδή, να ολοκληρώσει τη μετάβαση από την υγρή φάση στην αέρια φάση. Συνήθως εκφράζεται με τις μονάδες j / g ή cal / g. και σε kJ / mol, όταν μιλάμε για τη μοριακή ενθαλπία εξάτμισης.

Αυτή η έννοια είναι πιο καθημερινή από ό, τι φαίνεται. Για παράδειγμα, πολλά μηχανήματα, όπως οι ατμοκίνητες αμαξοστοιχίες, λειτουργούν χάρη στην ενέργεια που απελευθερώνεται από τους υδρατμούς. Στην επιφάνεια της γης, μεγάλες μάζες ατμών μπορούν να φανούν να ανεβαίνουν προς τον ουρανό, όπως αυτές στην εικόνα παρακάτω.

Επίσης, η εξάτμιση του ιδρώτα στο δέρμα ψύχεται ή ανανεώνεται λόγω της απώλειας κινητικής ενέργειας. η οποία μεταφράζεται σε μείωση της θερμοκρασίας. Η αίσθηση της φρεσκάδας αυξάνεται όταν το αεράκι φυσάει, επειδή απομακρύνει πιο γρήγορα τους υδρατμούς των σταγόνων του ιδρώτα.

Η θερμότητα εξάτμισης εξαρτάται όχι μόνο από την ποσότητα της ουσίας, αλλά από τις χημικές της ιδιότητες. ιδιαίτερα, της μοριακής δομής και του τύπου των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων που υπάρχουν.

Ευρετήριο

• 1 Από τι συνίσταται;?
  • 1.1 Μέση κινητική ενέργεια
  • 1.2 Πίεση ατμών
• 2 Θερμότητα εξάτμισης νερού
• 3 Αιθανόλη
• 4 Ακετόνη
• 5 Κυκλοεξάνιο
• 6 Από βενζόλιο
• 7 Τολουόλιο
• 8 Εξάνιο
• 9 Αναφορές

Από τι συνίσταται;?

Η θερμότητα εξάτμισης (ΔΗ_vap) είναι μια φυσική μεταβλητή που αντανακλά τις δυνάμεις της συνοχής του υγρού. Οι δυνάμεις συνοχής νοούνται ως αυτές που συγκρατούν μαζί τα μόρια (ή τα άτομα) στην υγρή φάση. Τα πτητικά υγρά, για παράδειγμα, έχουν χαμηλές δυνάμεις συνοχής. ενώ τα ύδατα είναι πολύ ισχυρά.

Γιατί το γεγονός ότι ένα υγρό είναι πιο ασταθές από το άλλο και ότι, λόγω αυτού, χρειάζεται περισσότερη θερμότητα για να εξατμιστεί τελείως στο σημείο βρασμού του; Η απάντηση βρίσκεται στις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις ή στις δυνάμεις Van der Waals.

Ανάλογα με τη μοριακή δομή και τη χημική ταυτότητα της ουσίας, οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις της ποικίλλουν, καθώς και το μέγεθος των δυνάμεων συνοχής. Για να το καταλάβουμε, πρέπει να αναλύονται διαφορετικές ουσίες με ΔΗ_vap διαφορετικά.

Μέση κινητική ενέργεια

Οι δυνάμεις της συνοχής μέσα σε ένα υγρό δεν μπορούν να είναι πολύ ισχυρές, αλλιώς τα μόρια του δεν θα δονηθούν. Εδώ, ο "δονητής" αναφέρεται στην ελεύθερη και τυχαία κίνηση κάθε μορίου στο υγρό. Κάποιοι πηγαίνουν πιο αργά ή πιο γρήγορα από τους άλλους. δηλαδή, δεν έχουν όλοι την ίδια κινητική ενέργεια.

Ως εκ τούτου, υπάρχει λόγος για ένα μέση κινητική ενέργεια για όλα τα μόρια του υγρού. Αυτά τα μόρια που είναι αρκετά γρήγορα θα είναι σε θέση να ξεπεράσουν τις διαμοριακές δυνάμεις που τη διατηρούν στο υγρό και θα διαφύγουν στη φάση του αερίου. ακόμη περισσότερο, αν αυτά είναι στην επιφάνεια.

Μόλις το πρώτο μόριο M με υψηλή κινητική ενέργεια έχει διαφύγει, για άλλη μια φορά υπολογίζεται η μέση κινητική ενέργεια..

Γιατί; Επειδή τα ταχύτερα μόρια διαφεύγουν στην αέρια φάση, τα βραδύτερα παραμένουν στο υγρό. Η μεγαλύτερη μοριακή καθυστέρηση ισοδυναμεί με ψύξη.

Πίεση ατμού

Καθώς τα μόρια Μ διαφεύγουν στην αέρια φάση, μπορούν να επιστρέψουν στο υγρό ημίτονο. Ωστόσο, εάν το υγρό εκτίθεται στο περιβάλλον, αναπόφευκτα όλα τα μόρια θα τείνουν να διαφύγουν και λέγεται ότι υπήρξε εξάτμιση.

Εάν το υγρό φυλάσσεται σε ερμητικά σφραγισμένο δοχείο, μπορεί να καθοριστεί ισορροπία υγρού-αερίου. δηλαδή η ταχύτητα με την οποία αφήνουν τα αέρια μόρια θα είναι η ίδια με την οποία εισέρχονται.

Η πίεση που ασκείται από τα μόρια αερίου στην επιφάνεια του υγρού σε αυτή την ισορροπία είναι γνωστή ως τάση ατμών. Εάν ο περιέκτης είναι ανοιχτός, η πίεση θα είναι χαμηλότερη σε σχέση με αυτή που επενεργεί στο υγρό του κλειστού δοχείου.

Όσο υψηλότερη είναι η τάση ατμών, τόσο πιο πτητικό είναι το υγρό. Όντας πιο ασταθής, οι ασθενέστερες είναι οι δυνάμεις της συνοχής. Επομένως, απαιτείται λιγότερη θερμότητα για να εξατμιστεί στο κανονικό σημείο βρασμού. δηλαδή η θερμοκρασία στην οποία εξισώνονται η τάση ατμών και η ατμοσφαιρική πίεση, 760 torr ή 1atm.

Θερμότητα εξαέρωσης του νερού

Τα μόρια νερού μπορούν να σχηματίσουν τους διάσημους δεσμούς υδρογόνου: Η-Ο-Η-ΟΗ₂. Αυτός ο ειδικός τύπος διαμοριακής αλληλεπίδρασης, μολονότι είναι αδύναμος αν θεωρηθούν τρία ή τέσσερα μόρια, είναι εξαιρετικά ισχυρός όταν μιλάμε για εκατομμύρια από αυτά..

Η θερμότητα εξάτμισης του νερού στο σημείο βρασμού του είναι 2260 J / g ή 40,7 kJ / mol. Τι σημαίνει αυτό; Για να εξατμιστεί ένα γραμμάριο νερού στους 100 ° C, απαιτούνται 2260J (ή 40,7kJ για να εξατμιστεί ένα γραμμομόριο νερού, δηλαδή περίπου 18g).

Το νερό στη θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος, 37 ° C, έχει ΔΗ_vap ανώτερο Γιατί; Επειδή, όπως ορίζει ο ορισμός του, το νερό πρέπει να θερμαίνεται στους 37 ° C μέχρι να φτάσει στο σημείο βρασμού του και να εξατμιστεί πλήρως. ως εκ τούτου, ΔΗ_vap είναι μεγαλύτερη (και είναι ακόμη περισσότερο όταν πρόκειται για χαμηλές θερμοκρασίες).

Από αιθανόλη

Το ΔH_vap της αιθανόλης στο σημείο βρασμού της είναι 855 J / g ή 39,3 kJ / mol. Σημειώστε ότι είναι χαμηλότερο από το νερό, επειδή η δομή του, CH₃CH₂OH, μπορεί να σχηματίσει μόλις μια γέφυρα υδρογόνου. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι μεταξύ των υγρών με τα υψηλότερα σημεία βρασμού.

Από ακετόνη

Το ΔH_vap της ακετόνης είναι 521 J / g ή 29,1 kJ / mol. Δεδομένου ότι αντικατοπτρίζει τη θερμότητα εξάτμισής του, είναι ένα πολύ πιο πτητικό υγρό από το νερό ή την αιθανόλη και επομένως βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία (56 ° C).

Γιατί; Γιατί τα μόρια CH₃OCH₃ δεν μπορούν να σχηματίσουν γέφυρες υδρογόνου και μπορούν να αλληλεπιδράσουν μόνο μέσω διπολικών διπολικών δυνάμεων.

Από κυκλοεξάνιο

Για το κυκλοεξάνιο, ΔH του_vap είναι 358 J / g ή 30 kJ / mol. Αποτελείται από εξαγωνικό δακτύλιο με τύπο C₆H₁₂. Τα μόρια τους αλληλεπιδρούν με τις δυνάμεις διασποράς από το Λονδίνο, επειδή είναι απολιθωμένες και στερούνται διπολικής ροπής.

Σημειώστε ότι αν και είναι βαρύτερο από το νερό (84g / mol έναντι 18g / mol), οι δυνάμεις συνοχής είναι χαμηλότερες.

Του βενζολίου

Το ΔH_vap βενζολίου, αρωματικού εξαγωνικού δακτυλίου με τον τύπο C₆H₆, είναι 395 J / g ή 30,8 kJ / mol. Όπως το κυκλοεξάνιο, αλληλεπιδρά με τις δυνάμεις διασποράς. αλλά είναι επίσης ικανό να σχηματίζει δίπολα και να μετατοπίζει την επιφάνεια των δακτυλίων (όπου οι διπλοί δεσμοί τους απομακρύνονται) έναντι άλλων.

Αυτό εξηγεί γιατί ο λόγος της αποβολής, και όχι πολύ βαρύς, έχει ΔΗ_vap σχετικά υψηλό.

Από τολουόλιο

Το ΔH_vap του τολουολίου είναι ακόμη υψηλότερο από αυτό του βενζολίου (33,18 kJ / mol). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, εκτός από τα προαναφερθέντα, οι μεθυλομάδες του, -CH₃ συνεργάζονται στη διπολική στιγμή του τολουολίου. καθώς με τη σειρά τους, μπορούν να αλληλεπιδρούν με δυνάμεις διασποράς.

Από εξάνιο

Και τέλος, το ΔΗ_vap του εξανίου είναι 335 J / g ή 28,78 kJ / mol. Η δομή του είναι CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, δηλαδή γραμμική, σε αντίθεση με αυτή του κυκλοεξανίου, η οποία είναι εξαγωνική.

Αν και οι μοριακές τους μάζες διαφέρουν πολύ λίγο (86g / mol έναντι 84g / mol), η κυκλική δομή επηρεάζει άμεσα τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα μόρια. Όντας δακτύλιος, οι δυνάμεις διασποράς είναι πιο αποτελεσματικές. ενώ στην γραμμική δομή του εξανίου, είναι περισσότερο "ελλιπείς".

Οι τιμές του ΔH_vap για το εξάνιο, έρχονται σε αντίθεση με εκείνα της ακετόνης. Κατ 'αρχήν, το εξάνιο, επειδή έχει υψηλότερο σημείο βρασμού (81 ° C), θα πρέπει να έχει ΔH_vap μεγαλύτερη από εκείνη της ακετόνης, η οποία βράζει στους 56ºC.

Η διαφορά είναι ότι η ακετόνη έχει α ικανότητα θερμότητας υψηλότερη από το εξάνιο. Αυτό σημαίνει ότι, για να θερμανθεί ένα γραμμάριο ακετόνης από 30 ° C έως 56 ° C και να εξατμιστεί, απαιτεί περισσότερη θερμότητα από εκείνη που χρησιμοποιείται για να θερμανθεί ένα γραμμάριο εξανίου από 30 ° C έως το σημείο βρασμού του 68 ° C..

Αναφορές

1. TutorVista. (2018). Ενθαλπία εξάτμισης. Ανακτήθηκε από: chemistry.tutorvista.com
2. Χημεία LibreTexts. (3 Απριλίου 2018). Θερμότητας εξάτμισης Ανακτήθηκε από: chem.libretexts.org
3. Τράπεζα δεδομένων Ντόρτμουντ. (s.f.). Πρότυπη θερμότητα εξάτμισης κυκλοεξανίου. Ανακτήθηκε από: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W.E. (2003). Ενθαλπίες εξατμίσεως οργανικών και οργανομεταλλικών ενώσεων, 1880-2002. J. Phys. Chem., Αναφ. Δεδομένα, Τόμος 32, Νο. 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Learning, σελ. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Θερμοκρασία εξάτμισης και πυκνότητα νερού. Ανακτήθηκε από: www.khanacademy.org