حرارة التبخير: ما يتكون من الماء ، الإيثانول ، الأسيتون ، سيكلو هكسان
التبخير الحراري أو المحتوى الحراري من التبخير هو الطاقة التي يجب أن يمتصها جرام من المادة السائلة عند درجة الغليان عند درجة حرارة ثابتة ؛ وهذا هو ، أكمل الانتقال من المرحلة السائلة إلى مرحلة الغاز. يتم التعبير عنها عادة بوحدات j / g أو cal / g ؛ وفي kJ / mol ، عند الحديث عن المحتوى الحراري المولي للتبخير.
هذا المفهوم هو كل يوم أكثر مما يبدو. على سبيل المثال ، تعمل العديد من الآلات ، مثل القطارات البخارية ، بفضل الطاقة المنبعثة من بخار الماء. على سطح الأرض ، يمكن رؤية كتل كبيرة من البخار تتجه نحو السماء ، مثل تلك الموجودة في الصورة السفلية.
أيضا ، تبخير العرق على الجلد يبرد أو ينتعش بسبب فقدان الطاقة الحركية ؛ مما يترجم إلى انخفاض في درجة الحرارة. يزيد الإحساس بالانتعاش عندما يهب النسيم ، لأنه يزيل بخار الماء بسرعة أكبر من قطرات العرق.
لا تعتمد حرارة التبخير فقط على كمية المادة ، ولكن على خواصها الكيميائية ؛ خاصة التركيب الجزيئي ونوع التفاعلات بين الجزيئات.
ماذا تتكون؟
حرارة التبخير (ΔH vap ) هي متغير فيزيائي يعكس قوى تماسك السائل. تُفهم قوى التماسك على أنها تلك التي تجمع الجزيئات (أو الذرات) معًا في الطور السائل. للسوائل المتطايرة ، على سبيل المثال ، قوى تماسك ضعيفة ؛ في حين أن تلك المياه قوية جدا.
لماذا حقيقة أن سائل ما أكثر تقلبًا من سائل آخر ، ولهذا السبب ، يحتاج إلى مزيد من الحرارة حتى يتبخر تمامًا عند نقطة الغليان؟ تكمن الإجابة في التفاعلات بين الجزيئات أو قوى فان دير فال.
اعتمادا على التركيب الجزيئي والهوية الكيميائية للمادة ، تختلف تفاعلاتها بين الجزيئات ، وكذلك حجم قوى التماسك. لفهم ذلك ، يجب تحليل مواد مختلفة ذات vH vap مختلفة.
متوسط الطاقة الحركية
لا يمكن أن تكون قوى التماسك داخل السائل قوية للغاية ، وإلا فإن جزيئاتها لن تهتز. هنا ، يشير مصطلح "الاهتزاز" إلى الحركة الحرة والعشوائية لكل جزيء في السائل. البعض يتباطأ أو أسرع من الآخرين ؛ وهذا هو ، ليس كل لديهم نفس الطاقة الحركية.
لذلك ، فإننا نتحدث عن متوسط الطاقة الحركية لجميع جزيئات السائل. تلك الجزيئات التي تكون سريعة بما فيه الكفاية سوف تكون قادرة على التغلب على القوى بين الجزيئات التي تحتفظ بها في السائل ، وسوف تهرب إلى مرحلة الغاز ؛ أكثر من ذلك ، إذا كانوا على السطح.
بمجرد أن ينجو الجزيء الأول M ذو الطاقة الحركية العالية ، عند تقدير متوسط الطاقة الحركية المتناقص مرة أخرى.
لماذا؟ نظرًا لأن الجزيئات الأسرع تهرب إلى مرحلة الغاز ، تبقى الجزيئات الأبطأ في السائل. أكبر بطء الجزيئي يساوي التبريد.
ضغط البخار
أثناء هروب جزيئات M إلى مرحلة الغاز ، يمكنها العودة إلى الجيب السائل. ومع ذلك ، إذا تعرض السائل للبيئة ، فمن المؤكد أن جميع الجزيئات تميل إلى الهرب ويقال إن هناك تبخرًا.
إذا تم وضع السائل في حاوية مغلقة بإحكام ، يمكن إنشاء توازن للغاز السائل ؛ وهذا يعني أن السرعة التي تترك بها الجزيئات الغازية ستكون هي نفسها التي تدخل بها.
يُعرف الضغط الذي تمارسه جزيئات الغاز على سطح السائل في هذا التوازن باسم ضغط البخار. إذا كانت الحاوية مفتوحة ، فسيكون الضغط أقل مقارنة بالضغط الذي يعمل على سائل الحاوية المغلقة.
كلما زاد ضغط البخار ، زاد تقلب السائل. كونها أكثر تقلبًا ، كلما كانت قوى التماسك أضعفها. وبالتالي ، ستكون هناك حاجة إلى حرارة أقل لتبخره إلى درجة الغليان العادية ؛ بمعنى ، درجة الحرارة التي يكون فيها ضغط البخار والضغط الجوي متساويين ، 760 torr أو 1atm.
حرارة تبخير الماء
يمكن أن تشكل جزيئات الماء روابط الهيدروجين الشهيرة: H-O-H-OH 2 . هذا النوع الخاص من التفاعل بين الجزيئات ، رغم أنه ضعيف إذا نظرنا إلى ثلاثة أو أربعة جزيئات ، إلا أنه قوي للغاية عند الحديث عن ملايين هذه الجزيئات.
حرارة تبخير الماء عند نقطة الغليان هي 2260 ج / جم أو 40.7 كيلو جول / مول . ماذا يعني؟ هذا لتبخر غرام من الماء عند 100 درجة مئوية ، 2260J (أو 40.7kJ مطلوب لتبخر واحد من الماء ، أي حوالي 18 جم).
الماء عند درجة حرارة الجسم البشري ، 37 درجة مئوية ، لديه أعلى apH vap . لماذا؟ لأنه ، كما يقول تعريفه ، يجب تسخين الماء إلى 37 درجة مئوية حتى يصل إلى نقطة الغليان ويتبخر تمامًا ؛ لذلك ، apH vap أكبر ( والأهم من ذلك عندما يتعلق الأمر بدرجات الحرارة الباردة).
من الايثانول
وتبلغ درجة حرارة الإيثانول ΔH at عند نقطة الغليان 855 J / جم أو 39.3 كيلو جول / مول. لاحظ أنه أقل من الماء ، لأن هيكله ، CH 3 CH 2 OH ، بالكاد يمكن أن يشكل جسر هيدروجين. ومع ذلك ، لا يزال موجودا بين السوائل مع ارتفاع درجة الغليان.
من الأسيتون
تبلغ apH vap للأسيتون 521 J / g أو 29.1 kJ / mol. نظرًا لأنه يعكس حرارة التبخير ، فهو سائل أكثر تقلبًا من الماء أو الإيثانول ، وبالتالي يغلي عند درجة حرارة منخفضة (56 درجة مئوية).
لماذا؟ لأن جزيئات CH 3 OCH 3 لا يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية ويمكن أن تتفاعل فقط بواسطة قوى ثنائي القطب.
من الهكسان الحلقي
بالنسبة لـ cyclohexane ، تبلغ apH vap 358 J / g أو 30 kJ / mol. يتكون من حلقة سداسية مع الصيغة C 6 H 12 . تتفاعل جزيئاتها بواسطة قوى التشتت في لندن ، لأنها قطبية وتفتقر إلى اللحظة ثنائية القطب.
لاحظ أنه على الرغم من أنه أثقل من الماء (84 جم / مول مقابل 18 جم / مول) ، إلا أن قوى التماسك أقل.
من البنزين
تبلغ apH vap من البنزين ، حلقة سداسية عطرية مع الصيغة C 6 H 6 ، 395 J / جم أو 30.8 كيلو جول / مول. مثل cyclohexane ، يتفاعل مع قوى التشتت. ولكن ، يمكنها أيضًا تكوين ثنائيات أقطاب ونقل سطح الحلقات (حيث يتم ربط روابطها المزدوجة) بأخرى.
هذا ما يفسر سبب كون المرتد ، وليس ثقيلًا للغاية ، يحتوي على نسبة عالية نسبيًا من الكثافة العالية.
من التولوين
إن vap من التولوين أعلى من مثيلاتها في البنزين (33.18 كيلو جول / مول). هذا لأنه ، بالإضافة إلى ما تم ذكره للتو ، تتعاون مجموعات الميثيل ، -CH 3 ، في لحظة التولوين ثنائي القطب ؛ كما في المقابل ، يمكن أن تتفاعل من قبل قوات التشتت.
من الهكسين
وأخيرًا ، تبلغ apH vap of hexane 335 J / g أو 28.78 kJ / mol. هيكلها هو CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 ، وهذا خطي ، على عكس تركيبة الهكسان الحلقي السداسي.
على الرغم من أن كتلها الجزيئية تختلف قليلاً (86 جم / مول مقابل 84 جم / مول) ، فإن التركيب الدوري يؤثر بشكل مباشر على الطريقة التي تتفاعل بها الجزيئات. كونها حلقة ، فإن قوات التشتت أكثر فاعلية ؛ بينما في البنية الخطية للهكسان ، فإنهم أكثر "خطأ".
تتعارض قيم apH vap for hexane مع قيم الأسيتون. من حيث المبدأ ، يجب أن تحتوي الهكسين على درجة غليان ΔH أكبر من الأسيتون ، الذي يحتوي على نقطة غليان أعلى (81 درجة مئوية) ، والتي تغلي عند درجة حرارة 56 مئوية.
الفرق هو أن الأسيتون لديه قدرة حرارية أعلى من الهكسين. هذا يعني أنه لتسخين غرام من الأسيتون من 30 درجة مئوية إلى 56 درجة مئوية وتبخره ، فإنه يحتاج إلى حرارة أكثر من تلك المستخدمة لتسخين غرام من الهكسين من 30 درجة مئوية إلى درجة غليانه البالغة 68 درجة مئوية.
