SEGREVANJE HLAPOV: IZ VODE, ETANOLA, ACETONA, CIKLOHEKSANA - KEMIJA - 2026

Toplote uparjanje ali izparilna entalpija je energija, ki mora gram tekoče snovi absorbirajo na njegovo vrelišče pri konstantni temperaturi; torej za dokončanje prehoda iz tekoče v plinsko fazo. Običajno je izražen v enotah j / g ali cal / g; in v kJ / mol, ko govorimo o molarni entalpiji izparevanja.

Ta koncept je bolj vsakdanji kot se zdi. Na primer, mnogi stroji, kot so parni vlaki, delujejo na energiji, ki jo sprošča vodna para. Na zemeljski površini lahko opazimo velike mase hlapov, ki se dvigajo proti nebu, kot tiste na spodnji sliki.

Vir: Pxhere

Prav tako se hlajenje znoja na koži ohladi ali osveži zaradi izgube kinetične energije; kar prevede v padec temperature. Občutek svežine se poveča, ko piha vetrič, saj hitreje odstranjuje vodno paro iz kapljic znoja.

Toplota izhlapevanja ni odvisna samo od količine snovi, temveč od njenih kemijskih lastnosti; zlasti glede molekulske strukture in vrste medmolekulskih interakcij.

Iz česa je sestavljeno?

Vročina uparjanja (ΔH _vap ) je fizikalna spremenljivka, ki odraža kohezijske sile tekočine. Kohezijske sile so tiste, ki v tekoči fazi držijo molekule (ali atome). Hlapne tekočine imajo na primer šibke kohezijske sile; medtem ko so vode zelo močne.

Zakaj je ena tekočina bolj hlapna od druge in zato potrebuje več toplote, da popolnoma izhlapi na svojem vrelišču? Odgovor se skriva v medmolekularnih interakcijah ali Van der Waalovih silah.

Glede na molekularno strukturo in kemijsko identiteto snovi se medmolekularni medsebojni vplivi spreminjajo, pa tudi velikost njenih kohezijskih sil. Da bi to razumeli, je treba analizirati različne snovi z različnimi ΔH _vap .

Povprečna kinetična energija

Kohezijske sile znotraj tekočine ne morejo biti zelo močne, sicer njene molekule ne bi vibrirale. Tu se "vibrira" nanaša na prosto in naključno gibanje vsake molekule v tekočini. Nekateri gredo počasneje ali hitreje kot drugi; torej vsi nimajo enake kinetične energije.

Zato govorimo o povprečni kinetični energiji za vse molekule tekočine. Te molekule bodo dovolj hitro zmogle premagati medmolekulske sile, ki jih zadržujejo v tekočini, in bodo pobegnile v plinasto fazo; še bolj, če so na površini.

Ko prva molekula M z visoko kinetično energijo pobegne, ko se ponovno oceni povprečna kinetična energija, se zmanjša.

Zakaj? Ker hitrejše molekule pobegnejo v plinsko fazo, počasnejše ostanejo v tekočini. Večja molekulska počasnost je enaka hlajenju.

Parni tlak

Ko M molekule pobegnejo v plinsko fazo, se lahko vrnejo v tekočino; Če pa je tekočina izpostavljena okolju, bodo neizogibno vse molekule pobegle in govorilo se je, da je prišlo do izhlapevanja.

Če se tekočina hrani v hermetično zaprti posodi, se lahko vzpostavi ravnovesje med tekočimi in plini; torej hitrost, s katero zapustijo plinovite molekule, bo enaka, s katero vstopajo.

Tlak, ki ga molekule plina izvajajo na površini tekočine v tem ravnovesju, je znan kot parni tlak. Če je vsebnik odprt, bo tlak nižji od tlaka, ki deluje na tekočino v zaprti posodi.

Višji kot je parni tlak, bolj hlapna je tekočina. Kolikor bolj so nestanovitne, šibkejše so njene kohezijske sile. In zato bo potrebno manj toplote, da jo izhlapimo do normalnega vrelišča; to je temperatura, pri kateri sta parni tlak in atmosferski tlak enaka, 760 torr ali 1atm.

Toplota izparevanja vode

Molekule vode lahko tvorijo znane vodikove vezi: H - O - H-OH ₂ . Ta posebna vrsta medmolekularne interakcije, čeprav upoštevamo tri ali štiri molekule, je zelo močna, ko gre za milijone le-teh.

Toplota izparevanja vode v vrelišču znaša 2260 J / g ali 40,7 kJ / mol . Kaj to pomeni? Če želite izhlapeti gram vode pri 100 ° C, potrebujete 2260J (ali 40,7kJ, da izhlapite mol vode, torej približno 18g).

Voda pri telesni temperaturi človeka, 37 ° C, ima večji ΔH _par . Zakaj? Ker je, kot pravi definicija, vodo treba segreti na 37 ° C, dokler ne doseže vrelišča in popolnoma izhlapi; zato je ΔH _vap višji (in še višji, ko gre za hladne temperature).

Iz etanola

ΔH _para etanola v vrelišču je 855 J / g ali 39,3 kJ / mol. Upoštevajte, da je slabša od vode, saj svoji strukturi, CH ₃ CH ₂ OH, težko tvori vodikove vezi. Vendar se še naprej uvršča med tekočine 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 in zato vre pri nižji temperaturi (56 ° C).

Zakaj? Zaradi njegove CH ₃ OCH ₃ molekule ne morejo tvoriti vodikove vezi in lahko samo interakcijo preko dipol-dipol sile.

Cikloheksana

Za cikloheksan _znaša njegova ΔH _vap 358 J / g ali 30 kJ / mol. Sestavljen je iz šesterokotnega obroča s formulo C ₆ H ₁₂ . Njegove molekule medsebojno delujejo skozi londonske sile raztresenja, ker so apolarne in jim primanjkuje dipolnega trenutka.

Čeprav je težja od vode (84 g / mol v primerjavi z 18 g / mol), so njene kohezijske sile manjše.

Benzena

ΔH _vap benzena, aromatičnega šesterokotnega obroča s formulo C ₆ H ₆ , je 395 J / g ali 30,8 kJ / mol. Tako kot cikloheksan, tudi ta deluje s pomočjo disperzijskih sil; vendar je zmožen tudi tvoriti dipole in premikati površino obročev (kjer se njihove dvojne vezi delokalizirajo) na druge.

To pojasnjuje, zakaj ima relativno visok in ne zelo težak sorazmerno visok ΔH _vap .

Iz toluena

ΔH _vap toluena je celo višji kot benzen (33,18 kJ / mol). To je posledica dejstva, da poleg navedenih, njenih metilnih skupin, -CH ₃ Sodelujte v dipol trenutku toluena; prav tako lahko medsebojno delujejo disperzijske sile.

Heksana

In končno, ΔH _vap heksana je 335 J / g ali 28,78 kJ / mol. Njegova sestava je CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , torej linearna, za razliko od cikloheksan, ki je šesterokotna.

Čeprav se njihove molekularne mase zelo razlikujejo (86 g / mol v primerjavi z 84 g / mol), ciklična struktura neposredno vpliva na način interakcije molekul. Disperzijske sile so učinkovitejše kot obroč; po drugi strani pa so bolj linearni v linearni strukturi heksana.

Vrednosti ΔH _vap za heksan so v nasprotju z vrednostmi za aceton. Načeloma naj bi imel heksan, ker ima višje vrelišče (81 ° C), večji ΔH _vap kot aceton, ki vre pri 56 ° C.

Razlika je v tem, da ima aceton večjo toplotno kapaciteto kot heksan. To pomeni, da za segrevanje grama acetona od 30 ° C do 56 ° C in njegovo izhlapevanje potrebuje več toplote, kot jo porabimo za segrevanje grama heksana od 30 ° C do vrelišča 68 ° C.

Reference

1. TutorVista. (2018). Entalpija izhlapevanja. Pridobljeno: chemistry.tutorvista.com
2. Kemija LibreTexts. (3. april 2018). Toplota uparjanja. Pridobljeno: chem.libretexts.org
3. Dortmundska banka podatkov. (sf). Standardna toplota izparevanja cikloheksana. Pridobljeno: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Entalpije izhlapevanja organskih in organometalnih spojin, 1880-2002. J. Phys. Chem Ref. Data, letnik 32, številka 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 461-464.
6. Akademija Khan. (2018). Toplotna zmogljivost, toplota uparjanja in gostota vode. Pridobljeno: es.khanacademy.org