Teplo odpařování v tom, co obsahuje, voda, ethanol, aceton, cyklohexan

tepelné odpařování nebo entalpie odpařování je energie, kterou musí gram kapalné látky absorbovat při teplotě varu při konstantní teplotě; to znamená dokončit přechod z kapalné fáze do plynné fáze. Obvykle se vyjadřuje jednotkami j / g nebo cal / g; a v kJ / mol, když hovoříme o molární entalpii odpařování.

Tento koncept je každodennější, než se zdá. Například mnoho strojů, například parních vlaků, pracuje díky energii uvolněné vodní párou. Na zemském povrchu lze vidět velké množství par, které stoupají k obloze, jako jsou ty na obrázku níže.

Také odpařování potu na kůži ochlazuje nebo osvěžuje v důsledku ztráty kinetické energie; který se promítá do poklesu teploty. Po čerstvém větru se pocit čerstvosti zvyšuje, protože rychleji odstraňuje vodní páru z kapek potu.

Teplo odpařování závisí nejen na množství látky, ale na jejích chemických vlastnostech; zejména molekulární struktury a typu intermolekulárních interakcí.

Index

• 1 Z čeho se skládá??
  • 1.1 Průměrná kinetická energie
  • 1.2 Tlak par
• 2 Teplo odpařování vody
• 3 Ethanol
• 4 Aceton
• 5 Cyklohexan
• 6 benzenu
• 7 Toluen
• 8 Hexan
• 9 Odkazy

Z čeho se skládá??

Výparné teplo (ΔH_vap) je fyzikální proměnná, která odráží síly soudržnosti kapaliny. Kohezní síly jsou chápány jako ty, které drží molekuly (nebo atomy) společně v kapalné fázi. Například těkavé kapaliny mají slabé kohezní síly; zatímco vody vody jsou velmi silné.

Proč je fakt, že jedna kapalina je těkavější než jiná a že kvůli tomu potřebuje více tepla, aby se úplně vypařila na svém bodu varu? Odpověď spočívá v intermolekulárních interakcích nebo Van der Waalsových silách.

V závislosti na molekulární struktuře a chemické identitě látky se liší její intermolekulární interakce a velikost jejích kohezních sil. Pro pochopení musí být analyzovány různé látky pomocí ΔH_vap jiné.

Průměrná kinetická energie

Síla soudržnosti uvnitř kapaliny nemůže být velmi silná, jinak by její molekuly nevibrovaly. "Vibrace" zde označuje volný a náhodný pohyb každé molekuly v kapalině. Někteří jdou pomaleji nebo rychleji než ostatní; to znamená, že ne všichni mají stejnou kinetickou energii.

Proto se mluví o průměrná kinetická energie pro všechny molekuly kapaliny. Tyto molekuly, které jsou dostatečně rychlé, budou schopny překonat mezimolekulární síly, které ji zadržují v kapalině, a budou unikat do plynné fáze; ještě více, pokud jsou na povrchu.

Jakmile první molekula M s vysokou kinetickou energií unikla, opět se odhaduje průměrná kinetická energie..

Proč? Protože rychlejší molekuly unikají do plynné fáze, pomalejší zůstávají v kapalině. Větší molekulární pomalost se rovná chlazení.

Tlak páry

Když molekuly M unikají do plynné fáze, mohou se vrátit do kapalného sinu; Pokud je však kapalina vystavena životnímu prostředí, všechny molekuly budou mít tendenci unikat a říká se, že došlo k odpařování.

Pokud je kapalina udržována v hermeticky uzavřené nádobě, může být stanovena rovnováha kapalina-plyn; to znamená, že rychlost, s jakou plynné molekuly odcházejí, bude stejná, s jakou vstupují.

Tlak vyvíjený molekulami plynu na povrchu kapaliny v této rovnováze je znám jako tlak par. Pokud je nádoba otevřená, tlak bude nižší než tlak působící na kapalinu uzavřené nádoby.

Čím vyšší je tlak par, tím je kapalina těkavější. Čím slabší, tím slabší jsou jeho síly soudržnosti. A proto bude zapotřebí méně tepla k jeho odpaření na normální teplotu varu; to znamená teplotu, při které je tlak páry a atmosférický tlak vyrovnán, 760 torr nebo 1 ma.

Teplo odpařování vody

Molekuly vody mohou tvořit slavné vodíkové vazby: H-O-H-OH₂. Tento speciální typ intermolekulární interakce, i když je slabý, pokud se uvažuje o třech nebo čtyřech molekulách, je extrémně silný, když hovoří o miliónech..

Teplo odpařování vody v bodě varu je 2260 J / g nebo 40,7 kJ / mol. Co to znamená? To vypařit gram vody u 100 ° C, 2260J (nebo 40.7kJ být potřebován k odpařit jeden mol vody, to je, kolem 18g) \ t.

Voda při teplotě lidského těla, 37 ° C, má AH_vap nadřazený Proč? Protože, jak říká její definice, musí být voda zahřátá na 37 ° C, dokud nedosáhne bodu varu a úplně se nevypaří; proto AH_vap je to větší (a to je ještě více, pokud jde o nízké teploty).

Ethanolu

AH_vap ethanolu při teplotě varu 855 J / g nebo 39,3 kJ / mol. Všimněte si, že je nižší než voda, protože jeho struktura, CH₃CH₂OH, může sotva vytvořit vodíkový most. Nicméně, to pokračuje být mezi kapaliny s nejvyššími body varu.

Z acetonu

AH_vap acetonu je 521 J / g nebo 29,1 kJ / mol. Vzhledem k tomu, že odráží své teplo odpařování, je to mnohem těkavější kapalina než voda nebo ethanol, a proto se vaří při nižší teplotě (56 ° C)..

Proč? Protože jeho molekuly CH₃OCH₃ nemohou tvořit vodíkové můstky a mohou působit pouze prostřednictvím dipól-dipólových sil.

Cyklohexanu

Pro cyklohexan, jeho AH_vap je 358 J / g nebo 30 kJ / mol. Skládá se z hexagonálního kruhu se vzorcem C₆H₁₂. Jejich molekuly ovlivňují rozptylové síly z Londýna, protože jsou nepolární a postrádají dipólový moment.

Všimněte si, že ačkoliv je těžší než voda (84 g / mol oproti 18 g / mol), její kohezní síly jsou nižší.

Benzenu

AH_vap benzen, aromatický hexagonální kruh se vzorcem C₆H₆, je 395 J / g nebo 30,8 kJ / mol. Podobně jako cyklohexan působí interakcí disperzních sil; ale je také schopna vytvářet dipóly a přemístit povrch prstenců (kde jsou jejich dvojné vazby delokalizovány) nad jinými.

To vysvětluje, proč je apolární a ne příliš těžký AH_vap relativně vysoké.

Z toluenu

AH_vap toluenu je dokonce vyšší než benzen (33,18 kJ / mol). To je dáno tím, že kromě výše uvedených, jeho methylových skupin, -CH₃ spolupracují na dipolárním momentu toluenu; jako na oplátku mohou vzájemně působit rozptylovými silami.

Z hexanu

A konečně ΔH_vap hexanu je 335 J / g nebo 28,78 kJ / mol. Jeho struktura je CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, to znamená lineární, na rozdíl od cyklohexanu, který je hexagonální.

I když se jejich molekulové hmotnosti liší jen velmi málo (86 g / mol vs. 84 g / mol), cyklická struktura přímo ovlivňuje způsob interakce molekul. Být prstenem, rozptylující síly jsou účinnější; vzhledem k tomu, že v lineární struktuře hexanu jsou více "errant".

Hodnoty ΔH_vap pro hexan, jsou v rozporu s vlastnostmi acetonu. Hexan, protože má vyšší bod varu (81 ° C), by měl mít ΔH_vap větší než aceton, který má teplotu varu 56 ° C.

Rozdíl je v tom, že aceton má a tepelná kapacita vyšší než hexan. To znamená, že pro zahřátí gramu acetonu z 30 ° C na 56 ° C a jeho odpaření vyžaduje více tepla než teplo, které se používá k ohřevu gramu hexanu z 30 ° C na teplotu varu 68 ° C..

Odkazy

1. TutorVista. (2018). Entalpie odpařování. Zdroj: chemistry.tutorvista.com
2. Chemie LibreTexts. (3. dubna 2018). Teplo odpařování Zdroj: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (s.f.). Standardní teplo odpařování cyklohexanu. Zdroj: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Entalpie odpařování organických a organokovových sloučenin, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, sv. 32, č. 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8. vydání). CENGAGE Learning, str. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Tepelná kapacita, výparné teplo a hustota vody. Zdroj: www.khanacademy.org