- En què consisteix?
- Energia cinètica mitjana
- Pressió de vapor
- Calor de vaporització de l'aigua
- De l'etanol
- De l'acetona
- De l'ciclohexà
- De el benzè
- De l'toluè
- De l'hexà
- referències
El calor vaporització o entalpia de vaporització és l'energia que ha d'absorbir un gram de substància líquida en el seu punt d'ebullició a temperatura constant; és a dir, completar la transició de la fase líquida a la gasosa. En general s'expressa amb les unitats j / go cal / g; i en kJ / mol, quan es parla de l'entalpia molar de vaporització.
Aquest concepte és més quotidià del que sembla. Per exemple, moltes màquines, com els trens a vapor, funcionen gràcies a l'energia alliberada pel vapor d'aigua. A la superfície terrestre poden observar grans masses de vapor elevar-se cap al cel, com les de la imatge inferior.
Font: Pxhere
Així mateix, la vaporització de la suor sobre la pell refreda o refresca causa de la pèrdua d'energia cinètica; la qual cosa es tradueix en un descens de temperatura. La sensació de frescor augmenta quan bufa la brisa, ja que aquesta remou amb més rapidesa el vapor d'aigua de les gotes de suor.
La calor de vaporització depèn no només de la quantitat de substància, sinó de les seves propietats químiques; especialment, d'estructura molecular, i el tipus d'interaccions intermoleculars presents.
En què consisteix?
La calor de vaporització (ΔH vap) és una variable física que reflecteix les forces de cohesió de el líquid. S'entén per forces de cohesió aquelles que mantenen unides les molècules (o àtoms) en la fase líquida. Els líquids volàtils, per exemple, tenen forces de cohesió febles; mentre que les de l'aigua, són molt forts.
A què es deu el fet que un líquid sigui més volàtil que un altre i que, arran d'això, necessiti més calor per evaporar completament en el seu punt d'ebullició? La resposta està en les interaccions intermoleculars o forces de Van der Waals.
Depenent de l'estructura molecular i de la identitat química de la substància, les seves interaccions intermoleculars varien, així com la magnitud de les seves forces de cohesió. Per entendre-ho, s'ha d'analitzar diferents substàncies amb ΔH vap diferents.
Energia cinètica mitjana
Les forces de cohesió dins d'un líquid no poden ser molt forts, en cas contrari, les seves molècules no vibrarían. Aquí, "vibrar" es refereix a el moviment lliure i aleatori de cada molècula en el líquid. Algunes van més lentes, o més ràpides que altres; és a dir, no totes posseeixen la mateixa energia cinètica.
Per tant, es parla d'una energia cinètica mitjana per a totes les molècules de el líquid. Aquelles molècules prou ràpides podran vèncer les forces intermoleculars que la retenen en el líquid, i s'escaparan a la fase gasosa; més encara, si aquestes es troben a la superfície.
Un cop escapada la primera molècula M amb alta energia cinètica, a l'estimar novament l'energia cinètica mitjana aquesta disminueix.
Per què? Perquè a mesura que escapen a la fase gasosa les molècules més ràpides, van quedant en el líquid les més lentes. Major lentitud molecular és igual a un refredament.
Pressió de vapor
A mesura que escapen molècules M a la fase gasosa, aquestes poden tornar a el si de el líquid; no obstant això, si el líquid està exposat a l'ambient, irremeiablement totes les molècules tendiran a escapar-se i es diu que hi va haver una evaporació.
Si el líquid es manté en un recipient tancat hermèticament, es podrà establir un equilibri líquid-gas; és a dir, la velocitat amb que surten les molècules gasoses serà la mateixa amb què entren.
La pressió que exerceix les molècules de gas sobre la superfície de el líquid en aquest equilibri es coneix com a pressió de vapor. Si el recipient està obert, la pressió serà menor en comparació a la que actua sobre el líquid de l'recipient tancat.
A major pressió de vapor, més volàtil és el líquid. A l'ésser més volàtil, més febles són les seves forces de cohesió. I per tant, es requerirà menys calor per evaporar fins al seu punt d'ebullició normal; és a dir, la temperatura a la qual s'igualen la pressió de vapor i la pressió atmosfèrica, 760 torr o 1atm.
Calor de vaporització de l'aigua
Les molècules d'aigua poden formar els famosos ponts d'hidrogen: H-OH-OH 2. Aquest tipus especial d'interacció intermolecular, encara que feble si es consideren tres o quatre molècules, és summament fort quan es parla de milions d'elles.
La calor de vaporització de l'aigua en el seu punt d'ebullició és 2260 J / go 40,7 kJ / mol. Què vol dir? Que per evaporar un gram d'aigua a 100ºC es necessiten 2260J (o 40,7kJ per evaporar un mol d'aigua, és a dir, al voltant de 18g).
L'aigua a la temperatura de el cos humà, 37ºC, té un ΔH vap superior. Per què? Perquè, com diu la seva definició, ha d'escalfar l'aigua a 37ºC fins que arribi al seu punt d'ebullició i s'evapori per complet; per tant, ΔH vap és més gran (i ho és encara més quan es tracta de temperatures fredes).
De l'etanol
El ΔH vap de l'etanol en el seu punt d'ebullició és 855 J / go 39,3 kJ / mol. Cal notar que és inferior al d'l'aigua, a causa de que la seva estructura, CH 3 CH 2 OH, amb prou feines pot formar un pont d'hidrogen. No obstant això, continua situant-se entre els líquids amb més punts d'ebullició.
De l'acetona
El ΔH vap de l'acetona és 521 J / go 29,1 kJ / mol. Com reflecteix la seva calor de vaporització, és un líquid molt més volàtil que l'aigua o l'etanol, i per tant, bull a menor temperatura (56ºC).
Per què? Perquè les seves molècules CH 3 OCH 3 no poden formar ponts d'hidrogen i només poden interactuar mitjançant forces dipol-dipol.
De l'ciclohexà
Pel ciclohexà, la seva ΔH vap és 358 J / go 30 kJ / mol. Consisteix d'un anell hexagonal amb fórmula C 6 H 12. Les seves molècules interactuen mitjançant forces de dispersió de London, pel fet que són apolars i no tenen moment dipolar.
Cal notar que tot i que és més pesat que l'aigua (84G / mol vs 18g / mol), les seves forces de cohesió són inferiors.
De el benzè
El ΔH vap de l'benzè, anell hexagonal aromàtic amb fórmula C 6 H 6, és 395 J / go 30,8 kJ / mol. A l'igual que l'ciclohexà, interactua mitjançant forces de dispersió; però, també és capaç de formar dipols i reubicar la superfície dels anells (on es deslocalitzen seus dobles enllaços) sobre unes altres.
Això explica per què sent apolar, i no molt pesat, posseeix un ΔH vap relativament alt.
De l'toluè
El ΔH vap de l'toluè és encara més alt que el de l'benzè (33,18 kJ / mol). Això es deu al fet que, a més del que tot just mencionat, els seus grups metilos, -CH 3 col·laboren a el moment dipolar de l'toluè; com al seu torn, poden interactuar per forces de dispersió.
De l'hexà
I finalment, el ΔH vap de l'hexà és 335 J / go 28,78 kJ / mol. La seva estructura és CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3, és a dir lineal, a diferència de la de l'ciclohexà, que és hexagonal.
Encara que les seves masses moleculars difereixen per molt poc (86g / mol vs 84G / mol), l'estructura cíclica influeix directament en la manera en com interactuen les molècules. A l'ésser un anell, les forces de dispersió són més efectives; en canvi que en l'estructura lineal de l'hexà, són més "errants".
Els valors de ΔH vap per al hexà entren en conflicte amb els de l'acetona. En principi, el hexà per tenir major punt d'ebullició (81ºC) hauria de tenir un ΔH vap més gran que el de l'acetona, la qual bull a 56ºC.
La diferència radica que l'acetona té una capacitat calorífica més alta que la de l'hexà. Això vol dir que, per escalfar un gram d'acetona de 30ºC fins a 56ºC i evaporar, requereix més calor que el que s'utilitza per escalfar un gram de hexà de 30ºC fins a la seva temperatura d'ebullició de 68ºC.
referències
- TutorVista. (2018). Enthalpy of Vaporization. Recuperat de: chemistry.tutorvista.com
- Chemistry LibreTexts. (03 de abril del 2018). Heat of Vaporization. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Dortmund Data Bank. (Sf). Standard Heat of Vaporization of Cyclohexane. Recuperat de: ddbst.com
- Chickos JS & creditor WE (2003). Enthalpies of Vaporization of Organic and Organometallic Compounds, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 32, No 2.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning, pàg 461-464.
- Khan Academy. (2018). Capacitat calorífica, calor de vaporització i densitat de l'aigua. Recuperat de: es.khanacademy.org