HÖYRYSTYMISLÄMPÖ: VEDESTÄ, ETANOLISTA, ASETONISTA, SYKLOHEKSAANISTA - KEMIA - 2026

Lämmön höyrystämiseen tai höyrystymisen entalpia on energia, että gramma nestemäisen aineen täytyy absorboida sen kiehumispisteessä vakiolämpötilassa; eli nesteestä kaasufaasiin siirtymisen loppuun saattamiseksi. Se ilmaistaan ​​yleensä yksikköinä j / g tai cal / g; ja kJ / mol, kun puhutaan höyrystymisen molaarisesta entalpiasta.

Tämä käsite on arkipäivää kuin miltä näyttää. Esimerkiksi monet koneet, kuten höyryjunat, käyttävät vesihöyryn vapauttamaa energiaa. Suuret höyrymassat voidaan nähdä nousevan taivaalle maanpinnalla, kuten alla olevan kuvan kaltaiset.

Lähde: Pxhere

Myös hien höyrystyminen iholla jäähtyy tai virkistyy kineettisen energian menetyksen vuoksi; mikä tarkoittaa lämpötilan laskua. Tuoreuden tunne lisääntyy tuulen puhallettaessa, koska se poistaa vesihöyryn hiketipeistä nopeammin.

Höyrystymislämpö riippuu paitsi aineen määrästä, myös sen kemiallisista ominaisuuksista; erityisesti molekyylirakenteesta ja läsnä olevista molekyylien välisistä vuorovaikutuksista.

Mistä se koostuu?

Höyrystymislämpö (ΔH _vap) on fysikaalinen muuttuja, joka heijastaa nesteen koheesiovoimia. Koheesiovoimilla ymmärretään niitä, jotka pitävät molekyylejä (tai atomeja) yhdessä nestemäisessä faasissa. Esimerkiksi haihtuvilla nesteillä on heikot koheesiovoimat; samalla kun veden ominaisuudet ovat erittäin vahvoja.

Mistä syystä yksi neste on haihtuvampaa kuin toinen ja että sen seurauksena se tarvitsee enemmän lämpöä haihtuakseen täysin kiehumispisteessään? Vastaus on molekyylien välisessä vuorovaikutuksessa tai Van der Waals -voimissa.

Aineen molekyylirakenteesta ja kemiallisesta identiteetistä riippuen sen molekyylien väliset vuorovaikutukset vaihtelevat, samoin kuin sen koheesiovoimien suuruus. Tämän ymmärtämiseksi on analysoitava erilaisia ​​aineita, joilla on erilaiset ΔH- _höyryt.

Keskimääräinen kineettinen energia

Koheesiovoimat nesteessä eivät voi olla kovin vahvoja, muuten sen molekyylit eivät värise. Tässä "tärinä" tarkoittaa kunkin nesteessä olevan molekyylin vapaata ja satunnaista liikettä. Jotkut menevät hitaammin tai nopeammin kuin toiset; ts. heillä kaikilla ei ole samaa kineettistä energiaa.

Siksi puhumme keskimääräistä kineettistä energiaa kaikille nesteen molekyyleille. Ne molekyylit, jotka ovat riittävän nopeita, kykenevät voittamaan molekyylien väliset voimat, jotka pitävät sen nesteessä, ja pakenevat kaasumaiseen vaiheeseen; vielä enemmän, jos ne ovat pinnalla.

Kun ensimmäinen molekyyli M, jolla on korkea kineettinen energia, karkaa, kun keskimääräinen kineettinen energia arvioidaan uudelleen, se pienenee.

Miksi? Koska nopeammat molekyylit pakenevat kaasufaasiin, hitaammat pysyvät nesteessä. Suurempi molekyylin hitaus vastaa jäähdytystä.

Höyrynpaine

Kun M-molekyylit pakenevat kaasufaasiin, ne voivat palata nesteeseen; Kuitenkin, jos neste altistetaan ympäristölle, väistämättä kaikilla molekyyleillä on taipumus karkaa ja sanotaan, että tapahtui haihtumista.

Jos nestettä pidetään ilmatiiviisti suljetussa astiassa, neste-kaasu-tasapaino voidaan muodostaa; toisin sanoen kaasumaisten molekyylien poistumisnopeus on sama, jolla ne tulevat sisään.

Kaasumolekyylien nesteen pinnalle kohdistama paine tässä tasapainossa tunnetaan höyrynpaineena. Jos säiliö on auki, paine on alhaisempi kuin suljetun astian nesteeseen vaikuttava paine.

Mitä korkeampi höyrynpaine, sitä haihtuvampi neste on. Epävakaammat ovat sen koheesiovoimat. Ja sen vuoksi sen haihduttamiseksi normaaliin kiehumispisteeseen tarvitaan vähemmän lämpöä; ts. lämpötila, jossa höyrynpaine ja ilmakehän paine ovat yhtä suuret, 760 torria tai 1atm.

Veden höyrystymislämpö

Vesimolekyylit voivat muodostaa kuuluisan vetysidoksia: H - OH-OH: ₂. Tämä erityyppinen molekyylien välinen vuorovaikutus, vaikka heikko, jos tarkastellaan kolmea tai neljää molekyyliä, on erittäin vahva, kun kyse on miljoonista niistä.

Veden höyrystymislämpö sen kiehumispisteessä on 2260 J / g tai 40,7 kJ / mol. Mitä se tarkoittaa? Se, että haihdutat grammaa vettä 100 ºC: ssa, tarvitset 2260J (tai 40,7 kJ vesimoolin, ts. Noin 18 g) haihduttamiseksi.

Ihmisen kehon lämpötilassa olevan veden, _{37ºC, veden höyry} on korkeampi. Miksi? Koska, kuten määritelmässään sanotaan, vesi on lämmitettävä 37ºC: seen, kunnes se saavuttaa kiehumispisteensä ja haihtuu kokonaan. siksi ΔH _-höyry on korkeampi (ja vielä korkeampi kylmissä lämpötiloissa).

Etanolista

Etanolin AH- _höyry sen kiehumispisteessä on 855 J / g tai 39,3 kJ / mol. Huomaa, että se on alhaisempi kuin veden, koska sen rakenne, CH ₃ CH ₂ OH, voidaan tuskin muodostaa vetysidoksen. Se kuuluu kuitenkin edelleen nesteisiin, joiden kiehumispisteet ovat korkeimmat.

Asetonista

_Asetonin AH- _höyry on 521 J / g tai 29,1 kJ / mol. Koska se heijastaa sen höyrystymislämpöä, se on paljon haihtuvampi neste kuin vesi tai etanoli, ja sen vuoksi kiehuu alhaisemmassa lämpötilassa (56ºC).

Miksi? Koska sen CH ₃ -CH ₃ -molekyylit eivät voi muodostaa vetysidoksia ja voi vain vuorovaikutuksessa kautta dipoli-dipoli voimat.

Sykloheksaania

Sykloheksaanille sen AH- _höyry on 358 J / g tai 30 kJ / mol. Se koostuu kuusikulmainen rengas, jolla on kaava C ₆ H ₁₂. Sen molekyylit ovat vuorovaikutuksessa Lontoon sirontavoimien kanssa, koska ne ovat polaarisia ja niistä puuttuu dipolimomentti.

Huomaa, että vaikka se on raskaampaa kuin vesi (84 g / mol vs. 18 g / mol), sen koheesiovoimat ovat pienemmät.

Bentseenistä

AH _vap bentseeniä, aromaattinen kuusikulmainen rengas, jonka kaava on C ₆ H ₆, on 395 J / g tai 30,8 kJ / mol. Kuten sykloheksaani, se on vuorovaikutuksessa dispersiovoimien kautta; mutta se kykenee myös muodostamaan dipoleja ja siirtämään renkaiden pinnan (missä niiden kaksoissidokset siirtyvät) toisten päälle.

Tämä selittää, miksi sillä on _polaarinen eikä kovin raskas, sillä on suhteellisen korkea ΔH- _höyry.

Tolueenista

Tolueenin ΔH- _höyry on jopa korkeampi kuin bentseenin (33,18 kJ / mol). Tämä johtuu siitä, että edellä mainittujen lisäksi, sen metyyliryhmät, -CH ₃ Tee yhteistyötä dipolimomentti tolueeni; samoin, ne voivat olla vuorovaikutuksessa dispersiovoimien avulla.

Heksaanista

Ja lopuksi, heksaanin AH- _vapi on 335 J / g tai 28,78 kJ / mol. Sen rakenne on CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃, toisin sanoen lineaarinen, toisin kuin sykloheksaania, joka on kuusikulmainen.

Vaikka niiden molekyylimassat eroavat hyvin vähän (86 g / mol vs. 84 g / mol), syklinen rakenne vaikuttaa suoraan tapaan, jolla molekyylit ovat vuorovaikutuksessa. Koska rengas, dispersiovoimat ovat tehokkaampia; toisaalta, ne ovat "ereranttejä" heksaanin lineaarisessa rakenteessa.

Heksaanin ΔH- _vap- arvot ovat ristiriidassa asetonin arvojen kanssa. Periaatteessa heksaanin korkeamman kiehumispisteen (81 ° C) takia tulisi olla _korkeampi ΔH- _höyryn kuin asetonin, joka kiehuu 56 ° C: ssa.

Ero on siinä, että asetonilla on suurempi lämpökapasiteetti kuin heksaanilla. Tämä tarkoittaa, että gramman asetonin lämmittämiseksi 30 ° C: sta 56 ° C: seen ja sen haihduttamiseen tarvitaan enemmän lämpöä kuin mitä käytetään gramman heksaanin lämmittämiseen 30 ° C: sta sen kiehumispisteeseen 68 ° C.

Viitteet

1. TutorVista. (2018). Höyrystymisen entalpia. Palautettu osoitteesta: chemistry.tutorvista.com
2. Kemia LibreTexts. (3. huhtikuuta 2018). Höyrystymislämpö. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
3. Dortmundin tietopankki. (SF). Sykloheksaanin vakiohöyrystyslämpö. Palautettu osoitteesta: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Orgaanisten ja metalliyhdisteiden höyrystymisen entalpiat, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, osa 32, nro 2.
5. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 461-464.
6. Khan-akatemia. (2018). Lämpökapasiteetti, höyrystymislämpö ja veden tiheys. Palautettu osoitteesta: es.khanacademy.org