- No kā tas sastāv?
- Vidējā kinētiskā enerģija
- Tvaika spiediens
- Ūdens iztvaikošanas siltums
- No etanola
- No acetona
- No cikloheksāna
- No benzola
- No toluola
- No heksāna
- Atsauces
Siltums iztvaikošana vai entalpija iztvaikošanas ir enerģija, ka grams no šķidras vielas ir absorbēt tās viršanai nemainīgā temperatūrā; tas ir, lai pabeigtu pāreju no šķidruma uz gāzes fāzi. To parasti izsaka vienībās j / g vai cal / g; un kJ / mol, runājot par iztvaikošanas molāro entalpiju.
Šis jēdziens ir vairāk ikdienas, nekā šķiet. Piemēram, daudzas mašīnas, piemēram, tvaika vilcieni, strādā pie enerģijas, ko atbrīvo ūdens tvaiki. Zemes virspusē, līdzīgi kā attēlā zemāk, var redzēt lielas tvaiku masas.
Avots: Pxhere
Arī sviedru iztvaikošana uz ādas atdziest vai atsvaidzina kinētiskās enerģijas zuduma dēļ; kas nozīmē temperatūras pazemināšanos. Svaiguma sajūta palielinās, kad pūš vējš, jo tas ātrāk noņem sviedru pilienu ūdens tvaikus.
Iztvaikošanas siltums ir atkarīgs ne tikai no vielas daudzuma, bet arī no tā ķīmiskajām īpašībām; it īpaši molekulāro struktūru un esošo starpmolekulāro mijiedarbību veidu.
No kā tas sastāv?
Iztvaikošanas siltums (ΔH tvaiki ) ir fizikāls lielums, kas atspoguļo šķidruma kohēzijas spēkus. Ar kohēzijas spēkiem saprot tos, kas šķidrā fāzē satur molekulas (vai atomus) kopā. Piemēram, gaistošajiem šķidrumiem ir vāji kohēzijas spēki; kamēr ūdens ir ļoti spēcīgs.
Kāpēc tas ir tāds, ka viens šķidrums ir gaistošāks par otru, un tā rezultātā tam ir nepieciešams vairāk siltuma, lai pilnīgi iztvaikotu vārīšanās temperatūrā? Atbilde slēpjas starpmolekulārajās mijiedarbībās vai Van der Waals spēkos.
Atkarībā no vielas molekulārās struktūras un ķīmiskās identitātes tās starpmolekulārā mijiedarbība atšķiras, kā arī no tās kohēzijas spēku lieluma. Lai to saprastu, jāanalizē dažādas vielas ar atšķirīgu ΔH tvaiku .
Vidējā kinētiskā enerģija
Kohēzijas spēki šķidrumā nevar būt ļoti spēcīgi, pretējā gadījumā tā molekulas vibrē. Šeit "vibrēt" attiecas uz katras šķidruma brīvu un nejaušu kustību. Daži iet lēnāk vai ātrāk nekā citi; tas ir, viņiem visiem nav vienādas kinētiskās enerģijas.
Tāpēc mēs runājam par visu šķidruma molekulu vidējo kinētisko enerģiju. Šīs molekulas pietiekami ātri spēs pārvarēt starpmolekulāros spēkus, kas to satur šķidrumā, un izkļūs gāzveida fāzē; vēl jo vairāk, ja tie atrodas uz virsmas.
Tiklīdz izkļūst pirmā molekula M ar augstu kinētisko enerģiju, atkal aprēķinot vidējo kinētisko enerģiju, tā samazinās.
Kāpēc? Tā kā ātrāk molekulas izkļūst gāzes fāzē, lēnākās paliek šķidrumā. Lielāks molekulārais lēnums ir vienāds ar atdzišanu.
Tvaika spiediens
Kad M molekulas izkļūst uz gāzes fāzi, tās var atgriezties šķidrumā; Tomēr, ja šķidrums tiek pakļauts videi, neizbēgami visām molekulām būs tendence izkļūt, un tiek teikts, ka notika iztvaikošana.
Ja šķidrumu glabā hermētiski noslēgtā traukā, var izveidot šķidruma-gāzes līdzsvaru; tas ir, ātrums, ar kādu gāzveida molekulas iziet, būs tāds pats, ar kādu tās ieiet.
Spiedienu, ko šajā līdzsvarā šķidruma virsmai rada gāzes molekulas, sauc par tvaika spiedienu. Ja trauks ir atvērts, spiediens būs mazāks nekā spiediens, kas iedarbojas uz šķidrumu slēgtā traukā.
Jo augstāks ir tvaika spiediens, jo gaistošāks ir šķidrums. Nepastāvīgi, jo vājāki ir tās kohēzijas spēki. Tāpēc tā iztvaikošanai līdz normālai viršanas temperatūrai būs nepieciešams mazāk siltuma; tas ir, temperatūra, kurā tvaika spiediens un atmosfēras spiediens ir vienādi, 760 torr vai 1atm.
Ūdens iztvaikošanas siltums
Ūdens molekulas var veidot slavenās ūdeņraža saites: H - O - H-OH 2 . Šis īpašais starpmolekulārās mijiedarbības veids, lai arī vājš, ja ņem vērā trīs vai četras molekulas, ir ārkārtīgi spēcīgs, kad runa ir par miljoniem no tiem.
Ūdens iztvaikošanas siltums tā viršanas temperatūrā ir 2260 J / g vai 40,7 kJ / mol . Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka, lai iztvaicētu gramu ūdens 100ºC temperatūrā, jums ir nepieciešams 2260J (vai 40,7kJ, lai iztvaicētu molu ūdens, tas ir, ap 18g).
Ūdenim cilvēka ķermeņa temperatūrā, 37ºC, ir augstāks ΔH tvaiks . Kāpēc? Jo, kā teikts tās definīcijā, ūdens jāuzsilda līdz 37ºC, līdz tas sasniedz vārīšanās temperatūru un pilnībā iztvaiko; tāpēc ΔH tvaiki ir augstāki (un vēl augstāki, ja runa ir par aukstu temperatūru).
No etanola
Etanola ΔH tvaiki tā viršanas temperatūrā ir 855 J / g vai 39,3 kJ / mol. Jāņem vērā, ka tas ir mazāks kā ūdens, jo tās struktūra, CH 3 CH 2 OH, ir grūti veido ūdeņraža saiti. Tomēr tas joprojām ir viens no šķidrumiem ar visaugstāko viršanas temperatūru.
No acetona
Acetona ΔH tvaiki ir 521 J / g vai 29,1 kJ / mol. Tā kā tas atspoguļo iztvaikošanas siltumu, tas ir daudz gaistošāks šķidrums nekā ūdens vai etanols, tāpēc vārās zemākā temperatūrā (56ºC).
Kāpēc? Tā kā tā CH 3 OCH 3 molekulas nevar veidot ūdeņraža saites un mijiedarboties var tikai ar dipola-dipola spēkiem.
No cikloheksāna
Cikloheksānam tā ΔH tvaiki ir 358 J / g vai 30 kJ / mol. Tas sastāv no sešstūra gredzena ar formulu C 6 H 12 . Tās molekulas mijiedarbojas caur Londonas izkliedes spēkiem, jo tās ir apolāras un tām trūkst dipola momenta.
Ņemiet vērā: lai arī tas ir smagāks par ūdeni (84 g / mol pret 18 g / mol), tā kohēzijas spēki ir mazāki.
No benzola
SH VAP no benzola, aromātiska hexagonal gredzens ar formulu C 6 H 6 , ir 395 J / g vai 30,8 kJ / mol. Tāpat kā cikloheksāns, tas mijiedarbojas ar izkliedes spēkiem; bet tas arī spēj veidot dipolus un pārvietot gredzenu virsmu (kur to dubultās saites tiek delokalizētas) uz citiem.
Tas izskaidro, kāpēc, tā kā tas ir apolārs un nav ļoti smags, tam ir relatīvi augsts ΔH tvaiks .
No toluola
Toluola ΔH tvaiki ir pat augstāki nekā benzola (33,18 kJ / mol). Tas ir saistīts ar to, ka papildus minētajam, tās metilgrupām, -CH 3 sadarbotos pie dipola momenta toluola; kā arī viņi var mijiedarboties ar dispersijas spēkiem.
No heksāna
Visbeidzot, heksāna ΔH tvaiki ir 335 J / g vai 28,78 kJ / mol. Tās struktūra ir CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , tas ir, lineāra atšķirībā no cikloheksāna, kas ir sešstūra forma.
Kaut arī to molekulmasas atšķiras ļoti maz (86 g / mol pret 84 g / mol), cikliskā struktūra tieši ietekmē molekulu mijiedarbības veidu. Tā kā gredzens, izkliedes spēki ir efektīvāki; no otras puses, tie ir vairāk "kļūdaini" heksāna lineārajā struktūrā.
Hepatāna ΔH Vap vērtības ir pretrunā ar acetona vērtībām . Principā heksānam, jo tam ir augstāks viršanas punkts (81ºC), vajadzētu būt lielākam ΔH tvaikam nekā acetonam, kura vārīšanās temperatūra ir 56ºC.
Atšķirība ir tāda, ka acetonam ir augstāka siltuma ietilpība nekā heksānam. Tas nozīmē, ka, lai uzsildītu gramu acetona no 30 ° C līdz 56 ° C un iztvaikotu, tam nepieciešams vairāk siltuma nekā tiek izmantots, lai sildītu gramu heksāna no 30 ° C līdz tā viršanas temperatūrai 68 ° C.
Atsauces
- TutorVista. (2018). Iztvaikošanas entalpija. Atgūts no: chemistry.tutorvista.com
- Ķīmija LibreTexts. (2018. gada 3. aprīlis). Iztvaikošanas siltums. Atgūts no: chem.libretexts.org
- Dortmundes datu banka. (sf). Cikloheksāna iztvaikošanas standarta karstums. Atgūts no: ddbst.com
- Chickos JS & Acree WE (2003). Organisko un organisko metālu savienojumu iztvaikošanas entalpijas, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, 32. sēj., Nr. 2.
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 461.-464. lpp.
- Hanas akadēmija. (2018). Siltumietilpība, iztvaikošanas siltums un ūdens blīvums. Atgūts no: es.khanacademy.org