Verdampingswarmte in wat het bestaat, water, ethanol, aceton, cyclohexaan

de warmteverdamping of enthalpie van verdamping is de energie die een gram vloeibare substantie moet absorberen bij het kookpunt bij een constante temperatuur; dat wil zeggen, voltooi de overgang van de vloeibare fase naar de gasfase. Het wordt meestal uitgedrukt met de eenheden j / g of cal / g; en in kJ / mol, als we het hebben over de molaire enthalpie van verdamping.

Dit concept is meer elke dag dan het lijkt. Veel machines, zoals stoomtreinen, werken bijvoorbeeld dankzij de energie die vrijkomt door waterdamp. Op het aardoppervlak zien we grote dampmassa's naar de hemel stijgen, zoals in de afbeelding hieronder.

Ook de verdamping van zweet op de huid koelt of verfrist als gevolg van het verlies van kinetische energie; wat zich vertaalt in een afname van de temperatuur. Het gevoel van frisheid neemt toe als de wind waait, omdat het de waterdamp van de zweetdruppels sneller verwijdert.

De hitte van verdamping hangt niet alleen af ​​van de hoeveelheid substantie, maar van zijn chemische eigenschappen; vooral, van moleculaire structuur, en het type intermoleculaire interacties aanwezig.

index

• 1 Waar bestaat het uit??
  • 1.1 Gemiddelde kinetische energie
  • 1.2 Dampspanning
• 2 Warmte van waterverdamping
• 3 Ethanol
• 4 Aceton
• 5 Cyclohexaan
• 6 van benzeen
• 7 Toluene
• 8 hexaan
• 9 Referenties

Waar bestaat het uit??

De hitte van verdamping (ΔH_VAP) is een fysieke variabele die de krachten van cohesie van de vloeistof weergeeft. Onder cohesiekrachten worden verstaan ​​die welke de moleculen (of atomen) samenhouden in de vloeibare fase. Vluchtige vloeistoffen hebben bijvoorbeeld zwakke cohesiekrachten; terwijl die van water erg sterk zijn.

Waarom het feit dat de ene vloeistof vluchtiger is dan de andere en daarom meer warmte nodig heeft om volledig te verdampen bij het kookpunt? Het antwoord ligt in de intermoleculaire interacties of de Van der Waals-krachten.

Afhankelijk van de moleculaire structuur en de chemische identiteit van de stof variëren de intermoleculaire interacties, evenals de omvang van de cohesiekrachten. Om het te begrijpen, moeten verschillende stoffen worden geanalyseerd met ΔH_VAP verschillend.

Gemiddelde kinetische energie

De cohesiekrachten in een vloeistof kunnen niet erg sterk zijn, anders zouden de moleculen niet trillen. Hier verwijst "trillen" naar de vrije en willekeurige beweging van elk molecuul in de vloeistof. Sommige gaan langzamer of sneller dan andere; dat wil zeggen, niet alle hebben dezelfde kinetische energie.

Daarom is er sprake van een gemiddelde kinetische energie voor alle moleculen van de vloeistof. Die moleculen die snel genoeg zijn zullen in staat zijn om de intermoleculaire krachten te overwinnen die het in de vloeistof vasthouden, en zullen naar de gasfase ontsnappen; meer nog, als deze aan de oppervlakte zijn.

Zodra het eerste molecuul M met hoge kinetische energie is ontsnapt, wordt opnieuw de gemiddelde kinetische energie geschat..

Waarom? Omdat als snellere moleculen in de gasfase ontsnappen, de langzamere moleculen in de vloeistof blijven. Grotere moleculaire traagheid is gelijk aan koelen.

Stoom druk

Als M-moleculen in de gasfase ontsnappen, kunnen ze terugkeren naar de vloeibare sinus; Als de vloeistof echter wordt blootgesteld aan de omgeving, zullen onvermijdelijk alle moleculen de neiging hebben om te ontsnappen en er wordt gezegd dat er een verdamping was.

Als de vloeistof in een hermetisch afgesloten container wordt bewaard, kan een evenwicht tussen vloeistof en gas worden vastgesteld; dat wil zeggen, de snelheid waarmee de gasvormige moleculen vertrekken zal hetzelfde zijn als waarmee ze binnenkomen.

De druk uitgeoefend door de gasmoleculen op het oppervlak van de vloeistof in dit evenwicht is bekend als dampdruk. Als de container open is, zal de druk lager zijn dan die op de vloeistof van de gesloten container.

Hoe hoger de dampspanning, des te vluchtiger de vloeistof. Omdat ze meer vluchtig zijn, zijn de zwakkere krachten van cohesie. En daarom is minder warmte nodig om het tot zijn normale kookpunt te verdampen; dat wil zeggen, de temperatuur waarbij de dampspanning en de atmosferische druk worden geëgaliseerd, 760 torr of 1 atm.

Warmte van verdamping van water

Watermoleculen kunnen de beroemde waterstofbruggen vormen: H-O-H-OH₂. Dit speciale type intermoleculaire interactie, hoewel zwak als drie of vier moleculen worden overwogen, is buitengewoon sterk wanneer het over miljoenen van hen gaat..

De hitte van verdamping van water op het kookpunt is 2260 J / g of 40,7 kJ / mol. Wat betekent het? Dat om een ​​gram water bij 100 ° C te verdampen, 2260J (of 40,7kJ nodig is om één mol water te verdampen, dat is ongeveer 18 g).

Water bij de temperatuur van het menselijk lichaam, 37 ° C, heeft een ΔH_VAP hoger. Waarom? Omdat, zoals de definitie zegt, het water moet worden verwarmd tot 37 ° C totdat het het kookpunt bereikt en volledig verdampt; daarom, AH_VAP het is groter (en het is nog meer zo als het gaat om koude temperaturen).

Van ethanol

De ΔH_VAP van ethanol op het kookpunt is 855 J / g of 39,3 kJ / mol. Merk op dat het lager is dan water, omdat de structuur, CH₃CH₂OH, het kan nauwelijks een waterstofbrug vormen. Het blijft echter een van de vloeistoffen met de hoogste kookpunten.

Van aceton

De ΔH_VAP van aceton is 521 J / g of 29,1 kJ / mol. Omdat het de verdampingswarmte weerspiegelt, is het een veel vluchtiger vloeistof dan water of ethanol, en daarom kookt het op een lagere temperatuur (56ºC).

Waarom? Omdat zijn CH-moleculen₃OCH₃ ze kunnen geen waterstofbruggen vormen en kunnen alleen interageren via dipool-dipoolkrachten.

Van cyclohexaan

Voor cyclohexaan, zijn ΔH_VAP is 358 J / g of 30 kJ / mol. Bestaat uit een zeshoekige ring met formule C₆H₁₂. Hun moleculen interageren door dispersiekrachten uit Londen, omdat ze apolair zijn en geen dipoolmoment hebben.

Merk op dat hoewel het zwaarder is dan water (84 g / mol vs 18 g / mol), de cohesiekrachten lager zijn.

Van benzeen

De ΔH_VAP van benzeen, aromatische zeshoekige ring met formule C₆H₆, is 395 J / g of 30,8 kJ / mol. Net als cyclohexaan werkt het in op dispersiekrachten; maar het is ook in staat om dipolen te vormen en het oppervlak van de ringen te verplaatsen (waar hun dubbele bindingen gedelokaliseerd zijn) over andere.

Dit verklaart waarom het apolair is en niet erg zwaar, het heeft een ΔH_VAP relatief hoog.

Van tolueen

De ΔH_VAP van tolueen is zelfs hoger dan dat van benzeen (33,18 kJ / mol). Dit komt door het feit dat, naast de hiervoor genoemde, zijn methylgroepen, -CH₃ ze werken samen op het dipolaire moment van tolueen; op hun beurt kunnen ze interacteren door dispersiekrachten.

Van hexaan

En tot slot, de ΔH_VAP van hexaan is 335 J / g of 28.78 kJ / mol. Zijn structuur is CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, dat wil zeggen lineair, in tegenstelling tot dat van cyclohexaan, dat hexagonaal is.

Hoewel hun molecuulmassa's zeer weinig verschillen (86 g / mol vs. 84 g / mol), beïnvloedt de cyclische structuur rechtstreeks de manier waarop moleculen interageren. Omdat het een ring is, zijn de verspreidende krachten effectiever; terwijl ze in de lineaire structuur van hexaan "dwalend" zijn.

De waarden van ΔH_VAP voor hexaan komen ze in conflict met die van aceton. In principe zou hexaan, omdat het een hoger kookpunt (81ºC) heeft, een ΔH moeten hebben_VAP groter dan dat van aceton, dat kookt bij 56ºC.

Het verschil is dat aceton een heeft warmtecapaciteit hoger dan hexaan. Dit betekent dat voor het verwarmen van een gram aceton van 30 ° C tot 56 ° C en deze te verdampen, deze meer warmte nodig heeft dan die gebruikt voor het verwarmen van een gram hexaan van 30 ° C tot het kookpunt van 68 ° C..

referenties

1. TutorVista. (2018). Enthalpie van verdamping. Teruggeplaatst van: chemistry.tutorvista.com
2. Chemie LibreTexts. (3 april 2018). Warmte van verdamping Teruggeplaatst van: chem.libretexts.org
3. Dortmund Data Bank. (N.D.). Standaard verdampingswarmte van cyclohexaan. Teruggeplaatst van: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Enthalpieën van verdamping van organische en organometallische verbindingen, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, band 32, nr. 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren, p 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Verwarmingscapaciteit, hitte van verdamping en dichtheid van water. Teruggeplaatst van: www.khanacademy.org