FÖRÅNGNINGSVÄRME: FRÅN VATTEN, ETANOL, ACETON, CYKLOHEXAN - KEMI

Den värme förångning eller Ångbildningsvärme är den energi som ett gram av flytande substans måste absorbera vid dess kokpunkt vid konstant temperatur; det vill säga för att slutföra övergången från vätskan till gasfasen. Det uttrycks vanligtvis i enheterna j / g eller cal / g; och i kJ / mol, när man talar om den molära entalpin av förångning.

Detta koncept är mer vardagligt än det verkar. Till exempel arbetar många maskiner, som ångtåg, på energin som frigörs av vattenånga. Stora ångmassor kan ses stigande himmelrik på jordens yta, som de på bilden nedan.

Källa: Pxhere

Förångningen av svett på huden svalnar eller förnyas på grund av förlust av kinetisk energi; vilket innebär att temperaturen sjunker. Känslan av friskhet ökar när vinden blåser, eftersom den tar bort vattenångan från svettdropparna snabbare.

Förångningsvärmen beror inte bara på mängden ämne utan på dess kemiska egenskaper. särskilt molekylstrukturen och typen av intermolekylära interaktioner närvarande.

Vad består det av?

Förångningsvärmen (ΔH _vap ) är en fysisk variabel som återspeglar vätskans sammanhållningskrafter. Sammanhållningskrafter förstås vara de som håller molekyler (eller atomer) tillsammans i vätskefasen. Flyktiga vätskor har till exempel svaga sammanhållningskrafter; medan de med vatten är mycket starka.

Varför är det så att en vätska är mer flyktig än en annan och att den därför behöver mer värme för att avdunsta helt vid kokpunkten? Svaret ligger i intermolekylära interaktioner eller Van der Waals-krafter.

Beroende på molekylstrukturen och ämnets kemiska identitet varierar dess intermolekylära interaktioner, liksom storleken på dess sammanhållningskrafter. För att förstå detta måste olika ämnen med olika ΔH- _vap analyseras .

Genomsnittlig kinetisk energi

Kohesionskrafterna i en vätska kan inte vara mycket starka, annars skulle dess molekyler inte vibrera. Här avser "vibrera" den fria och slumpmässiga rörelsen för varje molekyl i vätskan. Vissa går långsammare eller snabbare än andra; det vill säga, de har inte alla samma kinetiska energi.

Därför talar vi om en genomsnittlig kinetisk energi för alla vätskemolekyler. Dessa molekyler tillräckligt snabbt kommer att kunna övervinna de intermolekylära krafterna som håller den i vätskan och kommer att fly ut i gasfasen; ännu mer, om de är på ytan.

När den första molekylen M med hög kinetisk energi rymmer, när den genomsnittliga kinetiska energin uppskattas igen, minskar den.

Varför? För när de snabbare molekylerna flyr ut i gasfasen förblir de långsammare i vätskan. Högre molekylär långsamhet är lika med kylning.

Ångtryck

När M-molekyler flyr ut till gasfasen kan de återgå till vätskan; Men om vätskan utsätts för miljön, kommer oundvikligen att alla molekyler tenderar att fly och det sägs att det fanns en indunstning.

Om vätskan förvaras i en hermetiskt tillsluten behållare, kan en vätske-gasjämvikt upprättas; det vill säga hastigheten med vilken gasformiga molekyler lämnar kommer att vara densamma som de kommer in i.

Trycket som utövas av gasmolekyler på vätskans yta i denna jämvikt kallas ångtrycket. Om behållaren är öppen kommer trycket att vara lägre jämfört med det som verkar på vätskan i den stängda behållaren.

Ju högre ångtryck, desto flyktigare är vätskan. Att vara mer flyktig, desto svagare är dess sammanhållningskrafter. Och därför krävs mindre värme för att avdunsta till dess normala kokpunkt; det vill säga temperaturen vid vilken ångtrycket och atmosfärstrycket är lika med 760 torr eller 1 atm.

Förångningsvärme av vatten

Vattenmolekyler kan bilda de berömda vätebindningarna: H - O - H-OH ₂ . Denna speciella typ av intermolekylär interaktion, även om den är svag om man tänker på tre eller fyra molekyler, är extremt stark när det gäller miljoner av dem.

Förångningsvärmen för vatten vid dess kokpunkt är 2260 J / g eller 40,7 kJ / mol . Vad betyder det? För att förånga ett gram vatten vid 100 ° C behöver du 2260J (eller 40,7 kJ för att avdunsta en mol vatten, det vill säga cirka 18 g).

Vatten vid människans kroppstemperatur, 37 ºC, har en högre ΔH _vap . Varför? Eftersom, som dess definition säger, måste vattnet upphettas till 37 ° C tills det når sin kokpunkt och förångas helt; därför är _{vH vap} högre (och ännu högre när det gäller kalla temperaturer).

Från etanol

AH _vap etanol vid dess kokpunkt är 855 J / g eller 39,3 kJ / mol. Notera att det är sämre än den för vatten, eftersom dess struktur, CH ₃ CH ₂ OH, kan knappast bilda en vätebindning. Men det fortsätter att rangordna bland vätskorna med de högsta kokpunkterna.

Från aceton

AH- _vapen av aceton är 521 J / g eller 29,1 kJ / mol. När det återspeglar dess förångningsvärme är det en mycket flyktigare vätska än vatten eller etanol och kokar därför vid en lägre temperatur (56 ºC).

Varför? Eftersom dess CH ₃ OCH _3- molekyler inte kan bilda vätebindningar och kan bara interagera genom dipol-dipolkrafter.

Av cyklohexan

För cyklohexan är dess _H-vap 358 J / g eller 30 kJ / mol. Den består av en sexkantig ring med formeln C ₆ H ₁₂ . Dess molekyler samverkar genom Londons spridningskrafter, eftersom de är apolära och saknar ett dipolmoment.

Observera att även om det är tyngre än vatten (84 g / mol vs 18 g / mol), är dess sammanhållningskrafter lägre.

Av bensen

AH _vap av bensen, ett aromatiskt hexagonal ring med formeln C ₆ H ₆ , är 395 J / g eller 30,8 kJ / mol. Liksom cyklohexan interagerar den genom spridningskrafter; men det kan också bilda dipoler och flytta ytan på ringarna (där deras dubbelbindningar är delokaliserade) på andra.

Detta förklarar varför det är relativt högt och högt , _{H vap} , eftersom det är apolärt och inte särskilt tungt .

Från toluen

AH- _vapen av toluen är ännu högre än den för bensen (33,18 kJ / mol). Detta beror på det faktum att, i tillägg till de tidigare nämnda, dess metylgrupper, -CH ₃ samarbeta på dipolmomentet toluen; de kan också interagera med spridningskrafter.

Av hexan

Och slutligen är _vH-vapen för hexan 335 J / g eller 28,78 kJ / mol. Dess struktur är CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , det vill säga linjära, till skillnad från cyklohexan, vilket är sexkantiga.

Även om deras molekylmassor skiljer sig mycket lite (86 g / mol vs 84 g / mol) påverkar den cykliska strukturen direkt hur molekylerna interagerar. Som en ring är spridningskrafterna mer effektiva; å andra sidan är de mer "felaktiga" i den linjära strukturen för hexan.

ΔH- _vap- värdena för hexan står i konflikt med värdena för aceton. I princip bör hexan, eftersom den har en högre kokpunkt (81 ºC), ha en större ΔH _vap än aceton, som kokar vid 56 ºC.

Skillnaden är att aceton har en högre värmekapacitet än hexan. Detta betyder att för att värma ett gram aceton från 30 ° C till 56 ° C och avdunsta det, krävs det mer värme än vad som används för att värma ett gram hexan från 30 ° C till dess kokpunkt 68 ° C.

referenser

TutorVista. (2018). Enthalpy of Vaporization. Återställd från: chemistry.tutorvista.com
Kemi LibreTexts. (3 april 2018). Förångningsvärme. Återställd från: chem.libretexts.org
Dortmund Data Bank. (Sf). Standard förångningsvärme av cyklohexan. Återställd från: ddbst.com
Chickos JS & Acree WE (2003). Enthalpies of Vaporization of Organic and Organometallic Compounds, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 32, nr. 2.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 461-464.
Khan akademin. (2018). Värmekapacitet, förångningsvärme och vattentäthet. Återställd från: es.khanacademy.org

FÖRÅNGNINGSVÄRME: FRÅN VATTEN, ETANOL, ACETON, CYKLOHEXAN - KEMI - 2026