TOPLINA ISPARAVANJA: IZ VODE, ETANOLA, ACETONA, CIKLOHEKSANA - KEMIJA - 2026

Topline isparavanje ili entalpija isparavanja je energija koja gram tekuće tvari mora apsorbirati na svojoj vrenja pri konstantnoj temperaturi; odnosno da se završi prijelaz iz tekuće u plinsku fazu. Obično se izražava u jedinicama j / g ili cal / g; i u kJ / mol, kada govorimo o molarnoj entalpiji isparavanja.

Ovaj je koncept svakodnevniji nego što se čini. Na primjer, mnogi strojevi, poput parnih vlakova, rade na energiji koju oslobađa vodena para. Na zemljinoj površini mogu se vidjeti velike mase pare, poput onih na slici ispod.

Izvor: Pxhere

Također, isparavanje znoja na koži hladi ili osvježava zbog gubitka kinetičke energije; što se pretvara u pad temperature. Osjećaj svježine pojačava se kada duva povjetarac, jer brže uklanja vodenu paru iz kapi znoja.

Toplina isparavanja ne ovisi samo o količini tvari, već o njezinim kemijskim svojstvima; posebno, o molekularnoj strukturi i vrsti prisutnih intermolekularnih interakcija.

Od čega se sastoji?

Toplina isparavanja (ΔH _vap) fizikalna je varijabla koja odražava kohezijske sile tekućine. Pod kohezijskim silama podrazumijevaju se one koje u tekućoj fazi drže zajedno molekule (ili atome). Isparljive tekućine, na primjer, imaju slabe kohezijske sile; dok su one vode vrlo jake.

Što je razlog da je jedna tekućina hlapljivija od druge i da, kao rezultat, treba joj više topline da potpuno isparava na mjestu ključanja? Odgovor se krije u međumolekularnim interakcijama ili Van der Waalsovim silama.

Ovisno o molekularnoj strukturi i kemijskom identitetu tvari, međusobno molekularne interakcije variraju, kao i veličina njegovih kohezijskih sila. Da bismo to razumjeli, moraju se analizirati različite tvari s različitim ΔH _vap.

Prosječna kinetička energija

Kohezijske sile unutar tekućine ne mogu biti jako jake, jer u protivnom njegove molekule ne bi vibrirale. Ovdje se "vibrira" odnosi na slobodno i nasumično kretanje svake molekule u tekućini. Neki idu sporije ili brže od drugih; to jest, nemaju svi istu kinetičku energiju.

Stoga govorimo o prosječnoj kinetičkoj energiji za sve molekule tekućine. Te će molekule dovoljno brzo biti u stanju nadvladati međumolekulske sile koje ga drže u tekućini i pobjeći će u plinovitu fazu; štoviše, ako su na površini.

Jednom kad prva molekula M s visokom kinetičkom energijom pobjegne, kad se ponovno procijeni prosječna kinetička energija, smanjuje se.

Zašto? Jer što brže molekule bježe u plinsku fazu, sporije ostaju u tekućini. Viša molekularna sporost jednaka je hlađenju.

Tlak pare

Kako M molekule pobjegnu u plinsku fazu, mogu se vratiti u tekućinu; Međutim, ako je tekućina izložena okolišu, neizbježno će sve molekule pobjeći i govori se da je došlo do isparavanja.

Ako se tekućina zadrži u hermetički zatvorenom spremniku, može se uspostaviti ravnoteža tekućina-plin; to jest, brzina kojom gasi molekule napuštaju bit će ista s kojom ulaze.

Tlak koji djeluju molekuli plina na površini tekućine u ovoj ravnoteži poznat je pod nazivom tlak para. Ako je spremnik otvoren, tlak će biti niži u usporedbi s onim koji djeluje na tekućinu u zatvorenom spremniku.

Što je tlak pare veći, to je hlapljiva tekućina. Što su nestabilnije, slabije su njegove kohezijske sile. Stoga će biti potrebno manje topline da se ispari do svoje normalne vrelište; to jest, temperatura pri kojoj je tlak pare i atmosferski tlak jednak, 760 torr ili 1atm.

Toplina isparavanja vode

Molekule vode mogu tvoriti vodikove veze poznate: H - OH OH ₂. Ova posebna vrsta intermolekularne interakcije, iako slaba ako uzmemo u obzir tri ili četiri molekule, izuzetno je jaka kada je riječ o milijunima njih.

Toplina isparavanja vode u vrelištu iznosi 2260 J / g ili 40,7 kJ / mol. Što to znači? Za isparavanje grama vode na 100 ° C potrebno vam je 2260J (ili 40,7kJ da biste isparili krticu vode, to je oko 18 g).

Voda na tjelesnoj temperaturi čovjeka, 37ºC, ima veći ΔH _isparija. Zašto? Jer, kao što kaže njena definicija, voda se mora zagrijati na 37 ° C dok ne dosegne svoju ključ i potpuno ne ispari; stoga je ΔH _vap veći (i još veći kada je riječ o hladnim temperaturama).

Iz etanola

ΔH _para etanola u vrelištu iznosi 855 J / g ili 39,3 kJ / mol. Napomena da je inferiorna onoj od vode, jer njegove strukture, CH ₃ CH ₂ OH, teško mogu tvoriti vodikove veze. Međutim, i dalje se svrstava među tekućine s najvišim vrijednostima ključanja.

Od acetona

ΔH _ispariti aceton je 521 J / g ili 29,1 kJ / mol. Kako odražava toplinu isparavanja, to je puno hlapljivija tekućina od vode ili etanola, te zato ključa na nižoj temperaturi (56 ° C).

Zašto? Jer su njegove CH ₃ OCH ₃ molekule ne mogu tvoriti vodikove veze i može samo u interakciji putem dipol-dipol sile.

Cikloheksana

Za cikloheksan njegov ΔH _vap iznosi 358 J / g ili 30 kJ / mol. Sastoji se od šesterokutnog prstena s formulom C ₆ H ₁₂. Njegove molekule međusobno djeluju putem londonskih sila raspršivanja, jer su apolarne i nedostaje im dipolni trenutak.

Imajte na umu da su, iako je teži od vode (84 g / mol vs 18 g / mol), njegove kohezijske sile manje.

Od benzena

§H _VAP benzena, aromatski prsten šesterokutnog formule C ₆ H ₆ je 395 J / g, ili 30,8 kJ / mol. Kao i cikloheksan, on djeluje putem disperzijskih sila; ali, također je u stanju formirati dipole i premjestiti površinu prstenova (gdje se njihove dvostruke veze delokaliziraju) na druge.

Ovo objašnjava zašto ima apolarni i ne baš težak, relativno visok ΔH _vap.

Iz toluena

ΔH _vap toluena čak je veći od benzena (33,18 kJ / mol). To je zbog činjenice da, osim gore spomenutih, njegove metilne skupine, -CH ₃ surađivati dipol u trenutku toluena; također mogu djelovati i disperzijskim silama.

Heksana

I na kraju, ΔH _vap heksana je 335 J / g ili 28,78 kJ / mol. Njegova struktura je CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃, to jest linearni, za razliku od cikloheksan, koji je šesterokutnog.

Iako se njihove molekularne mase razlikuju vrlo malo (86 g / mol prema 84 g / mol), ciklička struktura izravno utječe na način interakcije molekula. Kako su prsten, disperzijske snage su učinkovitije; s druge strane, oni su više "krivi" u linearnoj strukturi heksana.

Vrijednosti ΔH _vap za heksan su u sukobu s vrijednostima za aceton. U principu, heksan, jer ima višu tačku ključanja (81 ° C), trebao bi imati veći ΔH _{vap u} odnosu na aceton, koji ključa na 56 ° C.

Razlika je u tome što aceton ima veći toplinski kapacitet od heksana. To znači da je za zagrijavanje grama acetona s 30 ° C na 56 ° C i isparavanje potrebno više topline nego što se koristi za zagrijavanje grama heksana od 30 ° C do njegova vrelišta od 68 ° C.

Reference

1. TutorVista. (2018.). Entalpija isparavanja. Oporavak od: chemistry.tutorvista.com
2. Kemija LibreTexts. (3. travnja 2018.). Toplina isparavanja. Oporavak od: chem.libretexts.org
3. Dortmundska banka podataka. (SF). Standardna toplina isparavanja cikloheksana. Oporavak od: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Enthalpije isparavanja organskih i organsko-metalnih spojeva, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, svezak 32, broj 2.
5. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str. 461-464.
6. Khan Akademija. (2018.). Kapacitet topline, toplina isparavanja i gustoća vode. Oporavilo sa: es.khanacademy.org