的热汽化或蒸发焓是,克液体物质必须吸收在在恒定温度下其沸点的能量; 即完成从液相到气相的转变。通常用j / g或cal / g单位表示;谈论蒸发的摩尔焓时,单位为kJ / mol。
这个概念比看起来每天都要多。例如,许多机器,例如蒸汽火车,利用水蒸气释放的能量进行工作。可以看到大质量的蒸气在地球表面上向天空上升,如下图所示。
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另外,由于动能的损失,汗液在皮肤上的蒸发会冷却或恢复活力。转化为温度下降。微风吹拂时,清新感增强,因为它可以更快地去除汗水中的水蒸气。
汽化热不仅取决于物质的量,还取决于其化学性质。特别是分子结构和分子间相互作用的类型。
它由什么组成?
汽化热(ΔHvap)是反映液体内聚力的物理变量。内聚力应理解为在液相中将分子(或原子)保持在一起的力。例如,挥发性液体的内聚力很弱。而水很强。
为什么一种液体比另一种液体挥发性更高,结果需要更多的热量才能在其沸点完全蒸发?答案在于分子间的相互作用或范德华力。
根据物质的分子结构和化学特性,其分子间相互作用以及内聚力的大小会有所不同。为了理解这一点,必须分析具有不同ΔH 蒸气的不同物质。
平均动能
液体中的内聚力不能非常强,否则其分子将不会振动。在此,“振动”是指液体中每个分子的自由和随机运动。有些比其他的慢或快。也就是说,它们并不都具有相同的动能。
因此,我们说的是液体所有分子的平均动能。那些足够快的分子将能够克服将其保持在液体中的分子间力,并逃逸到气相中。如果它们在表面上,则更是如此。
一旦具有高动能的第一个分子M逸出,则当再次估计平均动能时,它就会减少。
为什么?因为随着较快的分子进入气相,较慢的分子保留在液体中。较高的分子慢度等于冷却。
蒸汽压力
当M分子逃逸到气相时,它们可以返回液相。然而,如果液体暴露于环境中,不可避免地所有分子都会趋于逸出,并且据说存在蒸发。
如果将液体保存在密封的容器中,则可以建立液-气平衡。也就是说,气态分子离开的速度将与它们进入的速度相同。
在这种平衡状态下,气体分子在液体表面上施加的压力称为蒸气压。如果容器是打开的,则压力将比作用于密闭容器中的液体的压力低。
蒸气压越高,液体的挥发性就越大。波动性越大,其凝聚力越弱。因此,将其蒸发至正常沸点所需的热量更少;即蒸气压和大气压相等的温度为760托或1atm。
水汽化热
水分子可以形成著名的氢键:H – O – H-OH 2。这种分子间相互作用的特殊类型,尽管如果考虑三个或四个分子时会很弱,但当涉及到数百万个分子时,则非常强。
水在沸点的汽化热为2260 J / g或40.7 kJ / mol。这是什么意思?要在100ºC蒸发一克水,您需要2260J(或40.7kJ蒸发一摩尔水,即约18g)。
人体温度为37ºC的水具有较高的ΔH 蒸气。为什么?因为按照其定义,必须将水加热到37ºC,直到达到沸点并完全蒸发为止。因此,ΔHvap较高(在寒冷温度下甚至更高)。
从乙醇
乙醇在沸点的ΔH 蒸气为855 J / g或39.3 kJ / mol。注意它不如水,因为它的结构CH 3 CH 2 OH几乎不能形成氢键。但是,它继续位列沸点最高的液体之中。
从丙酮
丙酮的ΔH 蒸气为521 J / g或29.1 kJ / mol。由于它反映出汽化热,因此它的挥发性液体比水或乙醇要多得多,因此沸点较低(56ºC)。
为什么?因为它的CH 3 OCH 3分子不能形成氢键,只能通过偶极-偶极力相互作用。
环己烷
对于环己烷,其ΔH 蒸气为358 J / g或30 kJ / mol。它由分子式为C 6 H 12的六角环组成。它的分子通过伦敦散射力相互作用,因为它们是非极性的并且没有偶极矩。
请注意,尽管它比水重(84g / mol对18g / mol),但其内聚力较低。
苯
的ΔH VAP苯中,与式C的芳族六方环6 ħ 6,为395焦耳/克或30.8千焦/摩尔。像环己烷一样,它通过分散力相互作用。但是,它也能够形成偶极子,并将环的表面(双键离域的位置)重新定位在其他表面上。
这解释了为什么它是非极性的,并且不是很重,所以具有相对较高的ΔHvap。
从甲苯
甲苯的ΔH 蒸气值甚至比苯的ΔH 蒸气值高(33.18 kJ / mol)。这是由于除上述以外,其甲基–CH 3在甲苯的偶极矩上协同作用。同样,它们可以通过分散力相互作用。
正己烷
最后,己烷的ΔH 蒸气为335 J / g或28.78 kJ / mol。它的结构是CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3,也就是说是线性的,与六边形的环己烷不同。
尽管它们的分子质量差异很小(86g / mol与84g / mol),但环状结构直接影响分子相互作用的方式。作为环,分散力更有效。另一方面,它们在己烷的线性结构中更“错误”。
己烷的ΔH 蒸气值与丙酮的ΔH 蒸气值冲突。原则上,己烷,因为它具有较高的沸点(81ºC),应具有较大的ΔH VAP不是丙酮,其沸点为56ºC。
区别在于丙酮比己烷具有更高的热容。这意味着要将一克丙酮从30°C加热到56°C并蒸发,它所需要的热量比将一克己烷从30°C加热到其沸点68°C所需要的热量更多。
参考文献
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