Toplotna uparitev v njej, voda, etanol, aceton, cikloheksan

The toplotno uparjanje ali entalpija izhlapevanja je energija, ki jo mora gram tekoče snovi absorbirati pri svojem vrelišču pri konstantni temperaturi; to pomeni, da dokončate prehod iz tekoče faze v plinsko fazo. Običajno se izraža z enotami j / g ali kal / g; in v kJ / mol, ko govorimo o molarni entalpiji uparjanja.

Ta koncept je bolj vsakdanji, kot se zdi. Veliko strojev, na primer parni vlaki, delujejo zaradi energije, ki jo sprosti vodna para. Na zemeljski površini lahko vidimo velike mase hlapov, ki se dvigajo proti nebu, podobno kot na spodnji sliki.

Prav tako se izhlapevanje znoja na koži ohladi ali osveži zaradi izgube kinetične energije; kar pomeni zmanjšanje temperature. Občutek svežine se poveča, ko piha vetrič, ker hitreje odstrani vodno paro kapljic znoja.

Toplota izhlapevanja ni odvisna samo od količine snovi, temveč tudi od njenih kemijskih lastnosti; zlasti molekularne strukture in vrste prisotnih intermolekularnih interakcij.

Indeks

• 1 Kaj vsebuje??
  • 1.1 Povprečna kinetična energija
  • 1.2 Parni tlak
• 2 Toplota izparevanja vode
• 3 Etanol
• 4 Aceton
• 5 Cikloheksan
• 6 benzena
• 7 Toluen
• 8 Heksan
• 9 Reference

Od česa je sestavljen??

Toplota izhlapevanja (ΔH)_vap) je fizikalna spremenljivka, ki odraža sile kohezije tekočine. Kohezijske sile se razumejo kot tiste, ki držijo molekule (ali atome) skupaj v tekoči fazi. Hlapne tekočine imajo na primer šibke kohezijske sile; medtem ko so vode zelo močne.

Zakaj je dejstvo, da je ena tekočina bolj hlapna kot druga in da zaradi tega potrebuje več toplote, da popolnoma izhlapi pri svojem vrelišču? Odgovor je v intermolekularnih interakcijah ali Van der Waalsovih silah.

Glede na molekularno strukturo in kemijsko identiteto snovi se intermolekularne interakcije med seboj razlikujejo, pa tudi velikost kohezijskih sil. Da bi ga razumeli, je treba analizirati različne snovi z ΔH_vap drugačen.

Povprečna kinetična energija

Sile kohezije v tekočini ne morejo biti zelo močne, sicer njene molekule ne bodo vibrirale. Tu se "vibracija" nanaša na prosto in naključno gibanje vsake molekule v tekočini. Nekateri gredo počasneje ali hitreje kot drugi; to pomeni, da vsi nimajo enake kinetične energije.

Zato se govori o povprečna kinetična energija za vse molekule tekočine. Tiste molekule, ki so dovolj hitre, bodo lahko premagale medmolekularne sile, ki jo zadržujejo v tekočini, in pobegnile v plinsko fazo; še več, če so na površini.

Ko je prva molekula M z visoko kinetično energijo pobegnila, se ponovno oceni povprečna kinetična energija..

Zakaj? Ker hitrejše molekule pobegnejo v plinsko fazo, počasnejše ostanejo v tekočini. Večja molekularna počasnost je enako hlajenje.

Parni tlak

Ko M molekule pobegnejo v plinsko fazo, se lahko vrnejo v tekoči sinus; Vendar, če je tekočina izpostavljena okolju, bodo vse molekule neizogibno pobegnile in rečeno je bilo, da je prišlo do izhlapevanja..

Če se tekočina hrani v hermetično zaprti posodi, se lahko vzpostavi ravnotežje tekočega plina; to pomeni, da bo hitrost, s katero zapuščajo plinaste molekule, enaka, s katero vstopajo.

Pritisk plinskih molekul na površino tekočine v tem ravnotežju je znan kot parni tlak. Če je posoda odprta, bo tlak nižji v primerjavi s tlakom, ki deluje na tekočino zaprte posode.

Višji kot je parni tlak, bolj je hlapna tekočina. Bolj nestanovitne so šibkejše sile kohezije. Zato bo potrebno manj toplote za izhlapevanje do njegovega običajnega vrelišča; to pomeni temperaturo, pri kateri se parni tlak in atmosferski tlak izenačita, 760 torrov ali 1 ton.

Toplota izhlapevanja vode

Vodne molekule lahko tvorijo znane vodikove vezi: H-O-H-OH₂. Ta posebna vrsta intermolekularne interakcije, čeprav je šibka, če se upoštevajo tri ali štiri molekule, je izjemno močna, ko govorimo o milijonih..

Toplota izhlapevanja vode pri njenem vrelišču je 2260 J / g ali 40,7 kJ / mol. Kaj to pomeni? Da bi izhlapeli gram vode pri 100 ° C, 2260 J (ali 40,7 kJ potrebujemo za izhlapevanje enega mol vode, to je okoli 18 g).

Voda pri temperaturi človeškega telesa, 37 ° C, ima ΔH_vap nadrejeni Zakaj? Ker, kot pravi njegova definicija, je treba vodo segreti na 37 ° C, dokler ne doseže vrelišča in popolnoma izhlapi; torej ΔH_vap večja je (in še bolj, ko gre za hladne temperature).

Etanola

ΔH_vap etanola pri njegovem vrelišču je 855 J / g ali 39,3 kJ / mol. Upoštevajte, da je nižja od vode, ker je njena struktura CH₃CH₂OH, lahko komaj tvori vodikov most. Vendar je še vedno med tekočinami z najvišjimi vrelišči.

Iz acetona

ΔH_vap acetona je 521 J / g ali 29,1 kJ / mol. Ker odseva toploto izhlapevanja, je veliko bolj hlapna tekočina kot voda ali etanol, zato vre pri nižji temperaturi (56 ° C)..

Zakaj? Zaradi svojih molekul CH₃OCH₃ ne morejo tvoriti vodikovih mostov in lahko medsebojno delujejo samo preko dipol-dipolskih sil.

Cikloheksana

Za cikloheksan je njegova ΔH_vap je 358 J / g ali 30 kJ / mol. Sestavljen je iz šesterokotnega obroča s formulo C₆H₁₂. Njihove molekule medsebojno delujejo disperzijske sile iz Londona, ker so nepolarne in nimajo dipolnega momenta.

Upoštevajte, da je kohezijska sila manjša, čeprav je težja od vode (84 g / mol proti 18 g / mol).

Benzena

ΔH_vap benzena, aromatskega šesterokotnega obroča s formulo C₆H₆, je 395 J / g ali 30,8 kJ / mol. Podobno kot cikloheksan medsebojno deluje z disperzijskimi silami; vendar je tudi sposoben oblikovati dipole in preseliti površino obročev (kjer so njihove dvojne vezi delokalizirane) nad drugimi.

To pojasnjuje, zakaj ima nepolarnost, in ni zelo težka, ΔH_vap relativno visoka.

Iz toluena

ΔH_vap toluena je celo višja od benzena (33,18 kJ / mol). To je zato, ker poleg tega, kar je bilo pravkar omenjeno, njegove metilne skupine, -CH₃ sodelujejo v dipolarnem trenutku toluena; po drugi strani pa lahko delujejo z disperzijskimi silami.

Iz heksana

In končno, ΔH_vap heksana je 335 J / g ali 28,78 kJ / mol. Njegova struktura je CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, kar pomeni linearno, za razliko od cikloheksana, ki je heksagonalna.

Čeprav se njihove molekulske mase razlikujejo zelo malo (86 g / mol v primerjavi s 84 g / mol), ciklična struktura neposredno vpliva na način, kako molekule delujejo. Kot obroč so razpršilne sile učinkovitejše; ker so v linearni strukturi heksana bolj "potepuški".

Vrednosti ΔH_vap za heksan so v nasprotju z acetonom. Načeloma mora heksan, ker ima višje vrelišče (81 ° C), imeti ΔH_vap večji od acetona, ki vre pri 56 ° C.

Razlika je, da ima aceton a toplotne zmogljivosti višji od heksana. To pomeni, da za segrevanje gramov acetona od 30 ° C do 56 ° C in izhlapevanja, potrebuje več toplote, kot se uporablja za segrevanje grama heksana od 30 ° C do vrelišča 68 ° C..

Reference

1. TutorVista. (2018). Entalpija izhlapevanja. Vzpostavljeno iz: chemistry.tutorvista.com
2. Kemija LibreTexts. (3. april 2018). Toplota izhlapevanja Vzpostavljeno iz: chem.libretexts.org
3. Podatkovna banka Dortmund. (s.f.). Standardna toplota izhlapevanja cikloheksana. Vzpostavljeno iz: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Entalpije uparjanja organskih in organokovinskih spojin, 1880-2002. J. Phys. Chem., Podatki 32, št.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija (8. izd.). CENGAGE Learning, str. 461-464.
6. Khan Akademija. (2018). Toplotna zmogljivost, toplota izhlapevanja in gostota vode. Vzpostavljeno iz: www.khanacademy.org