BUHARLAŞMA ISISI: SU, ETANOL, ASETON, SIKLOHEKSANDAN - KIMYA - 2025

Isı buharlaşma ya da buharlaşma entalpisi sıvı maddenin bir gram, sabit bir sıcaklıkta kaynama noktasında absorbe gereken enerji olduğu; yani sıvıdan gaz fazına geçişi tamamlamaktır. Genellikle j / g veya cal / g birimleriyle ifade edilir; ve kJ / mol cinsinden, buharlaşmanın molar entalpisinden bahsederken.

Bu kavram göründüğünden daha günlük. Örneğin, buharlı trenler gibi birçok makine, su buharı tarafından salınan enerji üzerinde çalışır. Aşağıdaki resimde olduğu gibi, Dünya yüzeyinde gökyüzüne doğru yükselen büyük buhar kütleleri görülebilir.

Kaynak: Pxhere

Ayrıca deri üzerindeki terin buharlaşması kinetik enerji kaybına bağlı olarak soğur veya tazelenir; bu sıcaklıkta bir düşüşe dönüşür. Esinti estiğinde su buharını ter damlalarından daha çabuk uzaklaştırdığı için tazelik hissi artar.

Buharlaşma ısısı sadece maddenin miktarına değil, kimyasal özelliklerine de bağlıdır; özellikle moleküler yapı ve mevcut moleküller arası etkileşimlerin türü.

Ne içeriyor?

Buharlaşma ısısı (ΔH _vap ), sıvının kohezyon kuvvetlerini yansıtan fiziksel bir değişkendir. Kohezyon kuvvetleri, sıvı fazda molekülleri (veya atomları) bir arada tutan kuvvetler olarak anlaşılır. Örneğin uçucu sıvılar, zayıf kohezyon kuvvetlerine sahiptir; su çok kuvvetli iken.

Bir sıvının diğerinden daha uçucu olmasının ve sonuç olarak kaynama noktasında tamamen buharlaşması için daha fazla ısıya ihtiyaç duymasının nedeni nedir? Cevap, moleküller arası etkileşimlerde veya Van der Waals kuvvetlerinde yatıyor.

Maddenin moleküler yapısına ve kimyasal kimliğine bağlı olarak, moleküller arası etkileşimleri ve kohezyon kuvvetlerinin büyüklüğü değişir. Bunu anlamak için, farklı ΔH _buharına sahip farklı maddeler analiz edilmelidir .

Ortalama kinetik enerji

Bir sıvının içindeki kohezyon kuvvetleri çok güçlü olamaz, aksi takdirde molekülleri titreşmez. Burada "titreşim", sıvı içindeki her molekülün serbest ve rastgele hareketini ifade eder. Bazıları daha yavaş veya diğerlerinden daha hızlı gider; yani hepsi aynı kinetik enerjiye sahip değildir.

Bu nedenle, sıvının tüm molekülleri için ortalama bir kinetik enerjiden söz ediyoruz. Yeterince hızlı olan bu moleküller, onu sıvı içinde tutan moleküller arası kuvvetlerin üstesinden gelebilecek ve gaz fazına kaçacaktır; daha da fazlası, eğer yüzeyde iseler.

Yüksek kinetik enerjiye sahip ilk molekül M kaçtıktan sonra, ortalama kinetik enerji tekrar tahmin edildiğinde azalır.

Neden? Çünkü daha hızlı moleküller gaz fazına kaçarken, daha yavaş olanlar sıvıda kalır. Daha yüksek moleküler yavaşlık soğumaya eşittir.

Buhar basıncı

M molekülleri gaz fazına kaçarken sıvıya geri dönebilirler; Ancak sıvı ortama maruz kalırsa kaçınılmaz olarak tüm moleküller kaçma eğiliminde olur ve buharlaşma olduğu söylenir.

Sıvı, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta tutulursa, bir sıvı-gaz ​​dengesi kurulabilir; yani, gaz halindeki moleküllerin ayrılma hızı girdikleri hız ile aynı olacaktır.

Bu dengede sıvının yüzeyine gaz moleküllerinin uyguladığı basınç, buhar basıncı olarak bilinir. Kap açıksa, basınç, kapalı kaptaki sıvıya etki eden basınçtan daha düşük olacaktır.

Buhar basıncı ne kadar yüksekse, sıvı o kadar uçucudur. Daha değişken olan, daha zayıf olan kohezyon kuvvetleridir. Ve bu nedenle onu normal kaynama noktasına buharlaştırmak için daha az ısı gerekecektir; yani, buhar basıncı ile atmosfer basıncının eşit olduğu sıcaklık, 760 torr veya 1atm.

Suyun buharlaşma ısısı

Su molekülleri ünlü hidrojen bağlarını oluşturabilir: H - O - H-OH ₂ . Bu özel moleküller arası etkileşim türü, üç veya dört molekül düşünüldüğünde zayıf olsa da, milyonlarca molekül söz konusu olduğunda son derece güçlüdür.

Kaynama noktasında suyun buharlaşma ısısı 2260 J / g veya 40.7 kJ / mol'dür . Bu ne demek? 100ºC'de bir gram suyu buharlaştırmak için 2260J'ye (veya bir mol suyu buharlaştırmak için 40.7 kJ'ye, yani yaklaşık 18g'ye) ihtiyacınız var.

İnsan vücut ısısı olan _{37ºC'de su} daha yüksek ΔH _{buharına sahiptir} . Neden? Çünkü tanımından da anlaşılacağı gibi su kaynama noktasına gelene kadar 37 evaporC'ye kadar ısıtılmalı ve tamamen buharlaşmalıdır; bu nedenle ΔH _buhar daha yüksektir (ve soğuk havalarda daha da yüksektir).

Etanolden

Kaynama noktasındaki ΔH etanol _buharı 855 J / g veya 39.3 kJ / mol'dür. Bu yapısı nedeniyle, CH, suyunkine aşağı olduğu Not ₃ CH ₂ , OH, pek bir hidrojen bağ oluşturabilir. Ancak kaynama noktası en yüksek sıvılar arasında yer almaya devam ediyor.

Asetondan

_Asetonun ΔH _{buharlaşması} 521 J / g veya 29.1 kJ / mol'dür. Buharlaşma ısısını yansıttığı için su veya etanolden çok daha uçucu bir sıvıdır ve bu nedenle daha düşük bir sıcaklıkta (56ºC) kaynar.

Neden? Çünkü CH ₃ OCH ₃ molekülleri hidrojen bağları oluşturamaz ve yalnızca dipol-dipol kuvvetleriyle etkileşime girebilir.

Siklohekzan

Sikloheksan için, _{H buharlaşması} 358 J / g veya 30 kJ / mol'dür. C ₆ H ₁₂ formülüne sahip altıgen bir halkadan oluşur . Molekülleri, Londra saçılma kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girer, çünkü bunlar apolardır ve bir dipol momenti yoktur.

Sudan daha ağır olmasına rağmen (84g / mol'e karşı 18g / mol), kohezyon kuvvetlerinin daha düşük olduğuna dikkat edin.

Benzen

AH _VAP benzen, formülü C bir aromatik altıgen halka ₆ H ₆ , 395 J / g veya 30.8 kJ / mol. Sikloheksan gibi, dispersiyon kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girer; ancak, aynı zamanda çift kutuplar oluşturabilir ve halkaların yüzeyini (çift bağlarının yerelleştirildiği yerde) başkalarına yeniden yerleştirebilir.

Bu, apolar olduğundan ve çok ağır olmadığından, nispeten yüksek bir ΔH _{buharına sahip olduğunu açıklar} .

Toluenden

_Tolüenin ΔH _{buharı benzenden} bile daha yüksektir (33.18 kJ / mol). Bunun nedeni, bir, daha önce bahsedilen, bunun metil gruplarına ek olarak, -CH ₃ tolüen dipol momenti de ortak çalışma; ayrıca, dağılım kuvvetleri ile etkileşebilirler.

Hekzan

Ve son olarak, heksanın ΔH _{buharlaşması} 335 J / g veya 28.78 kJ / mol'dür. Bu yapı, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , altıgen sikloheksan, bu farklı olarak, doğrusal demek olduğu.

Moleküler kütleleri çok az farklılık gösterse de (86g / mol'e karşı 84g / mol), döngüsel yapı moleküllerin etkileşim şeklini doğrudan etkiler. Bir halka olarak dağılım kuvvetleri daha etkilidir; diğer yandan heksanın doğrusal yapısında daha "hatalı" olurlar.

Hekzan için ΔH _vap değerleri aseton için olanlarla çelişir. Prensip olarak hekzan, daha yüksek bir kaynama noktasına (81ºC) sahip olduğundan, 56ºC'de kaynayan asetondan daha büyük bir ΔH _buharına sahip olmalıdır .

Aradaki fark, asetonun heksandan daha yüksek bir ısı kapasitesine sahip olmasıdır. Bu, bir gram asetonun 30 ° C'den 56 ° C'ye ısıtılması ve buharlaştırılması için, bir gram heksanı 30 ° C'den 68 ° C'ye kadar ısıtmak için kullanılandan daha fazla ısıya ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.

Referanslar

1. TutorVista. (2018). Buharlaşma Entalpisi. Kurtarıldı: chemistry.tutorvista.com
2. Kimya LibreTexts. (3 Nisan 2018). Buharlaşma ısısı. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
3. Dortmund Veri Bankası. (Sf). Sikloheksanın Standart Buharlaşma Isısı. Kurtarıldı: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Organik ve Organometalik Bileşiklerin Buharlaşma Entalpileri, 1880-2002. J. Phys.Kimya Referans Verileri, Cilt 32, No.2.
5. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 461-464.
6. Khan Akademisi. (2018). Isı kapasitesi, buharlaşma ısısı ve su yoğunluğu. Es.khanacademy.org adresinden kurtarıldı