Garinimo šiluma, susidedanti iš vandens, etanolio, acetono, cikloheksano

The šilumos garinimas arba garavimo entalpija - tai energija, kurią gramą skystos medžiagos turi sugerti jos virimo temperatūroje pastovioje temperatūroje; tai yra, pereiti nuo skystosios fazės į dujų fazę. Jis paprastai išreiškiamas vienetais j / g arba cal / g; ir kJ / mol, kai kalbame apie išgarinimo molinę entalpiją.

Ši koncepcija yra kasdienesnė nei atrodo. Pavyzdžiui, daugelis mašinų, pvz., Garų traukinių, veikia dėl vandens garų išleidžiamos energijos. Žemės paviršiuje didelės garų masės gali būti matomos pakilus į dangų, kaip ir žemiau esančiame paveikslėlyje.

Be to, prakaito garavimas ant odos atvėsina arba gaivina dėl kinetinės energijos praradimo; kuris reiškia temperatūros sumažėjimą. Šviežumo pojūtis didėja, kai pučia vėjas, nes jis greičiau pašalina prakaito lašų vandens garus.

Garinimo šiluma priklauso ne tik nuo medžiagos kiekio, bet ir nuo cheminių savybių; ypač molekulinės struktūros ir tarpmolekulinės sąveikos tipo.

Indeksas

• 1 Ką sudaro??
  • 1.1 Vidutinė kinetinė energija
  • 1.2 Garų slėgis
• 2 Vandens garavimo šiluma
• 3 Etanolis
• 4 Acetonas
• 5 Cikloheksanas
• 6 Iš benzeno
• 7 Toluolas
• 8 Heksanas
• 9 Nuorodos

Ką ji sudaro??

Garinimo šiluma (ΔH_vap) yra fizinis kintamasis, atspindintis skysčio sanglaudos jėgas. Sanglaudos pajėgos suprantamos kaip tos, kurios molekules (arba atomus) kartu sudaro skystoje fazėje. Pavyzdžiui, lakieji skysčiai turi silpnas sanglaudos jėgas; o vandens telkiniai yra labai stiprūs.

Kodėl tai, kad vienas skystis yra lakesnis nei kitas ir todėl dėl to reikia daugiau šilumos, kad visiškai išgaruotų virimo temperatūroje? Atsakymas slypi tarpmolekulinėse sąveikose arba Van der Waals pajėgose.

Priklausomai nuo molekulinės struktūros ir cheminės medžiagos savybės, jos molekulinės tarpusavio sąveikos skiriasi, taip pat jos sanglaudos jėgų dydis. Norėdami tai suprasti, skirtingos medžiagos turi būti analizuojamos naudojant ΔH_vap skiriasi.

Vidutinė kinetinė energija

Sanglaudos jėgos skysčio viduje negali būti labai stiprios, kitaip jos molekulės ne vibruotų. Čia „vibruoti“ reiškia laisvą ir atsitiktinį kiekvieno molekulės judėjimą skystyje. Kai kurie eina lėčiau arba greičiau nei kiti; tai yra, ne visi iš jų turi tą pačią kinetinę energiją.

Todėl kalbama apie vidutinė kinetinė energija visų skysčio molekulių. Tos molekulės, kurios yra pakankamai greitai, galės įveikti tarpmolekulines jėgas, kurios ją išlaiko skystyje, ir išeis į dujų fazę; dar daugiau, jei jie yra ant paviršiaus.

Kai pirmoji M molekulė pasižymi didele kinetine energija, vėl apskaičiuojama vidutinė kinetinė energija..

Kodėl? Kadangi greitesnės molekulės patenka į dujų fazę, lėtesnės lieka skystyje. Didesnis molekulinis lėtumas atitinka aušinimą.

Garų slėgis

Kai M molekulės patenka į dujų fazę, jos gali grįžti į skystą sinusą; Tačiau, jei skystis patenka į aplinką, neišvengiamai visi molekulės išnyks ir sakoma, kad buvo išgaruotas.

Jei skystis laikomas hermetiškai uždarytame inde, galima nustatyti skysčio ir dujų pusiausvyrą; tai reiškia, kad greitis, kuriuo gauna dujinės molekulės, bus tas pats, su kuriuo jie patenka.

Dujų molekulių spaudimas skysčio paviršiuje šioje pusiausvyroje yra žinomas kaip garų slėgis. Jei konteineris yra atidarytas, slėgis bus mažesnis, palyginti su tuo, kuris veikia uždaro indo skystį.

Kuo didesnis garų slėgis, tuo lakesnis skystis. Kuo silpnesnės, jos yra sanglaudos jėgos. Todėl, norint išgaruoti iki įprastos virimo temperatūros, reikės mažiau šilumos; tai yra temperatūra, kurioje yra lyginamas garų slėgis ir atmosferos slėgis, 760 torr arba 1atm.

Vandens garavimo šiluma

Vandens molekulės gali sudaryti žymias vandenilio jungtis: H-O-H-OH₂. Šis ypatingas tarpmolekulinės sąveikos tipas, nors ir silpnas, jei laikomasi trijų ar keturių molekulių, yra labai stiprus kalbant apie milijonus jų..

Vandens garavimo šiluma jo virimo temperatūroje 2260 J / g arba 40,7 kJ / mol. Ką tai reiškia? Kad išgarintų gramą vandens 100 ° C, 2260 J (arba 40,7 kJ, kad išgaruotų vieną molį vandens, ty apie 18 g).

Vanduo žmogaus kūno temperatūroje, 37 ° C, turi ΔH_vap pranašesnis Kodėl? Kadangi, kaip teigiama jo apibrėžime, vanduo turi būti šildomas iki 37 ° C, kol pasiekia virimo temperatūrą ir visiškai išgaruoja; todėl, AH_vap ji yra didesnė (ir dar labiau, kai kalbama apie šaltą temperatūrą).

Iš etanolio

ΔH_vap etanolio virimo temperatūroje yra 855 J / g arba 39,3 kJ / mol. Atkreipkite dėmesį, kad jis yra mažesnis už vandenį, nes jo struktūra, CH₃CH₂OH, jis gali vos formuoti vandenilio tiltą. Tačiau jis ir toliau yra tarp didžiausių virimo temperatūrų.

Iš acetono

ΔH_vap acetono kiekis yra 521 J / g arba 29,1 kJ / mol. Kadangi jis atspindi garavimo šilumą, jis yra daug lakesnis skystis nei vanduo arba etanolis, todėl jis virsta žemesnėje temperatūroje (56 ° C)..

Kodėl? Kadangi jos CH molekulės₃OCH₃ jie negali sudaryti vandenilio tiltų ir gali sąveikauti tik dipolio-dipolio jėgomis.

Cikloheksano

Cikloheksanui, jo ΔH_vap yra 358 J / g arba 30 kJ / mol. Susideda iš šešiakampio žiedo su formule C₆H₁₂. Jų molekulės sąveikauja su Londono dispersijos jėgomis, nes jos yra apolinės ir neturi dipolio momento.

Atkreipkite dėmesį, kad nors ji yra sunkesnė už vandenį (84g / mol vs 18g / mol), jos sanglaudos jėgos yra mažesnės.

Iš benzeno

ΔH_vap benzeno, aromatinio šešiakampio žiedo su formulė C₆H₆, yra 395 J / g arba 30,8 kJ / mol. Kaip ir cikloheksanas, jis sąveikauja su dispersijos jėgomis; tačiau ji taip pat gali formuoti dipoles ir perkelti žiedų paviršių (kur jų dvigubos jungtys yra perkeliamos) į kitą.

Tai paaiškina, kodėl yra apolinis, o ne labai sunkus, jis turi ΔH_vap palyginti aukštas.

Iš toluolo

ΔH_vap tolueno kiekis yra dar didesnis nei benzeno (33,18 kJ / mol). Taip yra dėl to, kad, be pirmiau minėtų, jos metilo grupės, -CH₃ jie bendradarbiauja tolueno dipoliniu momentu; kaip savo ruožtu, jie gali sąveikauti dispersijos jėgomis.

Iš heksano

Ir galiausiai, ΔH_vap heksano kiekis yra 335 J / g arba 28,78 kJ / mol. Jo struktūra yra CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, ty linijinis, skirtingai nei cikloheksanas, kuris yra šešiakampis.

Nors jų molekulinė masė labai maža (86 g / mol vs 84g / mol), ciklinė struktūra tiesiogiai veikia molekulių sąveikos būdą. Esant žiedui, dispersijos jėgos yra efektyvesnės; kadangi linijinėje heksano struktūroje jie yra labiau „išnykę“.

ΔH vertės_vap heksanui, jie prieštarauja acetono poveikiui. Iš esmės heksanas, turintis aukštesnę virimo temperatūrą (81 ° C), turi turėti ΔH_vap didesnis nei acetono, kuris virsta 56 ° C temperatūroje.

Skirtumas yra tas, kad acetonas turi a šilumos pajėgumas didesnis nei heksanas. Tai reiškia, kad, norint šildyti gramą acetono nuo 30 ° C iki 56 ° C ir jį išgarinti, reikia daugiau šilumos, nei naudojant heksano gramą nuo 30 ° C iki 68 ° C..

Nuorodos

1. TutorVista. (2018). Garinimo entalpija. Gauta iš: chemistry.tutorvista.com
2. Chemija LibreTexts. (2018 m. Balandžio 3 d.). Garinimo šiluma Gauta iš: chem.libretexts.org
3. Dortmundo duomenų bankas. (s.f.). Standartinis cikloheksano garavimo garas. Gauta iš: ddbst.com
4. Chickos J.S. & Acree W. E. (2003). Organinių ir organinių junginių garinimo entalpijos, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, 32, Nr. 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemija (8-asis red.). CENGAGE mokymasis, p. 461-464.
6. Khan akademija. (2018). Šilumos talpa, garavimo šiluma ir vandens tankis. Gauta iš: www.khanacademy.org