PÁROLOGTATÁS HŐJE: VÍZBŐL, ETANOLBÓL, ACETONBÓL, CIKLOHEXÁNBÓL - KÉMIA - 2025

A hőgőzölés vagy a párologtatás entalpia az az energia, amelyet egy folyékony anyag grammjának el kell abszorbeálnia forráspontján állandó hőmérsékleten; vagyis a folyadékról a gázfázisra való áttérés befejezéséhez. Ezt általában j / g vagy cal / g mértékegységben fejezik ki; és kJ / mol, ha a párolgás moláris entalpiájáról beszélünk.

Ez a koncepció mindennapi, mint amilyennek látszik. Például sok gép, például gőzmozdonyok, a vízgőz által kibocsátott energián dolgoznak. Nagyon sok gőzök láthatók ég felé emelkedve a Föld felületén, mint az alábbi képen.

Forrás: Pxhere

Ezenkívül a bőrön lévő verejték párologtatása lehűti vagy felfrissíti a kinetikus energia elvesztése miatt; ami lecsökkenti a hőmérsékletet. A frissesség érzése fokozódik, ha a szellő fúj, mivel ez gyorsabban távolítja el a vízgőzt az izzadságcseppektől.

A párolgás hője nem csak az anyag mennyiségétől függ, hanem annak kémiai tulajdonságaitól is; különösen a molekuláris szerkezettel és a jelen lévő intermolekuláris kölcsönhatások típusával.

Miből áll?

A párolgási hő (ΔH _vap) egy fizikai változó, amely a folyadék kohéziós erőit tükrözi. A kohéziós erők alatt azokat értjük, amelyek molekulákat (vagy atomokat) tartanak együtt a folyadékfázisban. Az illékony folyadékok például gyenge kohéziós erőkkel rendelkeznek; míg a víz tulajdonságai nagyon erősek.

Mi az oka annak, hogy az egyik folyadék illékonyabb, mint a másik, és ennek eredményeként több hőre van szüksége ahhoz, hogy forráspontján teljesen elpárologjon? A válasz az intermolekuláris kölcsönhatásokban vagy a Van der Waals erőkben rejlik.

Az anyag molekuláris szerkezetétől és kémiai azonosságától függően, az intermolekuláris kölcsönhatások, valamint a kohéziós erők nagysága változik. Ennek megértése érdekében különféle ΔH- _gőzzel rendelkező anyagokat kell elemezni.

Átlagos kinetikus energia

A folyadékban lévő kohéziós erők nem lehetnek nagyon erősek, különben a molekula nem rezg. Itt a "vibráció" kifejezés a folyadékban lévő egyes molekulák szabad és véletlenszerű mozgására utal. Egyesek lassabban vagy gyorsabban mennek, mint mások; vagyis nem mindegyikük rendelkezik azonos kinetikus energiával.

Ezért a folyadék összes molekulájának átlagos kinetikai energiájáról beszélünk. Azok a molekulák, amelyek elég gyorsan képesek legyőzni azokat a molekuláris erőket, amelyek tartják a folyadékban, és elmenekülnek a gáznemű fázisba; még inkább, ha a felszínen vannak.

Amint az első nagy kinetikus energiájú M molekula kiszabadul, és újra megbecsüljük az átlagos kinetikus energiát, az csökken.

Miért? Mivel a gyorsabb molekulák eljutnak a gázfázisba, a lassabbak maradnak a folyadékban. A nagyobb molekuláris lassúság megegyezik a hűtéssel.

Gőznyomás

Amint az M molekulák eljutnak a gázfázishoz, visszatérhetnek a folyadékhoz; Ha azonban a folyadék a környezetnek van kitéve, elkerülhetetlenül minden molekula elúszik, és azt állítják, hogy párolgás történt.

Ha a folyadékot hermetikusan lezárt tartályban tartják, akkor a folyadék-gáz egyensúly kialakulhat; vagyis az a sebesség, amellyel a gáznemű molekulák távoznak, azonos lesz, ahogyan belépnek.

A gázmolekulák által a folyadék felületére gyakorolt ​​nyomást ebben az egyensúlyban gőznyomásnak nevezzük. Ha a tartály nyitva van, akkor a nyomás alacsonyabb lesz, mint a zárt tartályban lévő folyadékra ható nyomás.

Minél nagyobb a gőznyomás, annál illékonyabb a folyadék. Mivel ingatagabb, annál gyengébbek a kohéziós erői. Ezért kevesebb hőre lesz szükség ahhoz, hogy elpárologjon a normál forráspontjáig; vagyis az a hőmérséklet, amelyen a gőznyomás és a légköri nyomás egyenlő, 760 torr vagy 1atm.

A víz párolgásának melege

A vízmolekulák képezhet a híres hidrogénkötéseket: H - OH-OH ₂. Ez a speciális típusú intermolekuláris interakció, bár három vagy négy molekulát tekintve gyenge, rendkívül erős, ha ezek millióira vonatkozik.

A víz párolgási hője forráspontján 2260 J / g vagy 40,7 kJ / mol. Mit jelent? Ahhoz, hogy egy gramm vizet elpárologjon 100 ° C-on, 2260J-ra van szüksége (vagy 40,7kJ-ra egy mol mol víz elpárologtatásához, azaz 18 g körül).

Az emberi testhőmérsékleten (37ºC) lévő víz magasabb ΔH- _{gőzzel rendelkezik}. Miért? Mivel, ahogyan a meghatározása azt mondja, a vizet 37ºC-ra kell melegíteni, amíg el nem éri a forráspontját és teljesen el nem párolog; ezért az ΔH _vap magasabb (és még magasabb, ha hideg hőmérsékleten van).

Etanolból

Az etanol ΔH _{páratartalma} forráspontján 855 J / g vagy 39,3 kJ / mol. Megjegyezzük, hogy ez rosszabb, mint a víz, mert a szerkezete, CH ₃ CH ₂ OH, aligha alkotnak hidrogén kötést. Ennek ellenére továbbra is a legmagasabb forráspontú folyadékok közé tartozik.

Acetonból

Az aceton ΔH _{páratartalma} 521 J / g vagy 29,1 kJ / mol. Mivel a párolgási hőt tükrözi, sokkal illékonyabb folyadék, mint a víz vagy etanol, ezért alacsonyabb hőmérsékleten (56ºC) forr.

Miért? Mivel CH ₃ OCH ₃ molekulái nem képesek hidrogénkötéseket képezni és csak a dipól-dipól erők hatására kölcsönhatásba léphetnek.

Ciklohexánból

A ciklohexán esetében ΔH- _gőzök 358 J / g vagy 30 kJ / mol. Ez egy hatszögletű gyűrű általános képletű C ₆ H ₁₂. Molekulái a londoni szórási erőkön keresztül kölcsönhatásba lépnek, mert apolárisak és hiányzik a dipól pillanat.

Vegye figyelembe, hogy bár nehezebb, mint a víz (84 g / mol vs 18 g / mol), kohéziós erői alacsonyabbak.

Benzolból

A AH _VAP benzol, egy aromás hexagonális gyűrűt képlete C ₆ H ₆, 395 J / g vagy 30,8 kJ / mól. A ciklohexánhoz hasonlóan a diszperziós erőkön keresztül kölcsönhatásba lép; de képes dipópokat képezni és a gyűrűk felületét (ahol kettős kötéseik delokalizálódnak) áthelyezni másokon.

Ez magyarázza, hogy miért apoláris és nem túl nehéz, viszonylag magas ΔH _{páratartalommal rendelkezik}.

Toluolból

A toluol ΔH- _gőzje még magasabb, mint a benzolé (33,18 kJ / mol). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy amellett, hogy a fent említett, a metilcsoportok, -CH ₃ működnek együtt a dipólus momentuma toluol; de diszperziós erőkkel is kölcsönhatásba léphetnek.

Hexánból

És végül, a AH _VAP a hexán 335 J / g vagy 28,78 kJ / mól. Szerkezete CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃, vagyis lineáris, ellentétben a hatszögletű ciklohexánnal.

Bár molekulatömegük nagyon kevés (86 g / mol vs. 84 g / mol) különbözik, a ciklikus szerkezet közvetlenül befolyásolja a molekulák kölcsönhatásának módját. Gyűrűként a diszperziós erők hatékonyabbak; másrészt "eltévedt" a hexán lineáris szerkezetében.

A hexán ΔH _vap értékei ütköznek az acetonnal. Elvileg, hexán, mert van egy magasabb forráspontú (81ºC), kell egy nagyobb AH _VAP, mint acetonban, amely forr 56ºC.

A különbség az, hogy az aceton hőkapacitása nagyobb, mint a hexáné. Ez azt jelenti, hogy egy gramm aceton 30 ° C-ról 56 ° C-ra hevítéséhez és elpárologtatásához több hőre van szüksége, mint ahhoz, hogy egy gramm hexánt 30 ° C-ról 68 ° C forráspontjára hevítsenek.

Irodalom

1. TutorVista. (2018). A párologtatás entalpia. Helyreállítva: chemistry.tutorvista.com
2. Kémia LibreTexts. (2018. április 3). Párologtatás hője. Helyreállítva: chem.libretexts.org
3. Dortmund Adatbank. (Sf). A ciklohexán szokásos párolgási hője. Helyreállítva: ddbst.com
4. Chickos JS és Acree WE (2003). Szerves és fémfém vegyületek párologtatásának entalpiái, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, 32. kötet, 2. szám.
5. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 461–464.
6. Khan Akadémia. (2018). Hőkapacitás, párolgási hő és a víz sűrűsége. Helyreállítva: es.khanacademy.org