GARINIMO ŠILUMA: IŠ VANDENS, ETANOLIO, ACETONO, CIKLOHEKSANO - CHEMIJA - 2025

Šilumos garavimas arba garavimo šiluma yra energija, kuri iš skystos medžiagos gramas turi sugerti jo virimo temperatūra pastoviai temperatūrai; tai yra, norint baigti perėjimą nuo skysčio prie dujų fazės. Paprastai jis išreiškiamas vienetais j / g arba cal / g; ir kJ / mol, kai kalbama apie garinimo molinę entalpiją.

Ši sąvoka yra labiau kasdieniška, nei atrodo. Pavyzdžiui, daugelis mašinų, tokių kaip traukiniai garo traukiniams, naudoja energiją, kurią išskiria vandens garai. Kaip ir paveikslėlyje žemiau, Žemės paviršiuje gali būti matomos didelės garų masės.

Šaltinis: Pxhere

Taip pat prakaitavimas ant odos prakaituoja arba gaivina dėl kinetinės energijos praradimo; o tai reiškia temperatūros kritimą. Gaivumo jausmas padidėja, kai pūtė vėjas, nes jis greičiau pašalina vandens garus iš prakaito lašų.

Garinimo šiluma priklauso ne tik nuo medžiagos kiekio, bet ir nuo jo cheminių savybių; ypač dėl molekulinės struktūros ir esamų tarpmolekulinių sąveikų.

Iš ko tai susideda?

_Garinimo šiluma (ΔH _vap ) yra fizikinis kintamasis, atspindintis skysčio sanglaudos jėgas. Sanglaudos jėgos suprantamos kaip tos, kurios skysčio fazėje kartu laiko molekules (arba atomus). Pvz., Lakieji skysčiai turi silpnas sukibimo jėgas; tuo tarpu vanduo yra labai stiprus.

Kodėl vienas skystis yra labiau nepastovus nei kitas ir dėl to jam reikia daugiau šilumos, kad jo virimo temperatūra visiškai išgaruotų? Atsakymas slypi tarpmolekulinėse sąveikose arba Van der Waals jėgose.

Priklausomai nuo molekulinės struktūros ir cheminės medžiagos tapatybės, jos tarpmolekulinės sąveikos skiriasi, taip pat nuo jos sanglaudos jėgų dydžio. Norėdami tai suprasti, reikia išanalizuoti skirtingas medžiagas, turinčias skirtingus ΔH _garus .

Vidutinė kinetinė energija

Skysčio sanglaudos jėgos negali būti labai stiprios, kitaip jo molekulės ne vibruos. „Vibruoti“ reiškia laisvą ir atsitiktinį kiekvienos skystyje esančios molekulės judėjimą. Kai kurie eina lėčiau arba greičiau nei kiti; tai yra, jie ne visi turi tą pačią kinetinę energiją.

Todėl mes kalbame apie vidutinę visų skysčio molekulių kinetinę energiją. Tos molekulės, kurios yra pakankamai greitos, galės įveikti tarpmolekulines jėgas, kurios sulaiko ją skystyje, ir išeis į dujinę fazę; dar labiau, jei jie yra ant paviršiaus.

Kai tik pirmoji molekulė M, turinti didelę kinetinę energiją, išeina, vėl įvertinus vidutinę kinetinę energiją, ji sumažėja.

Kodėl? Kadangi greičiau molekulės patenka į dujų fazę, tuo lėtesnės lieka skystyje. Didesnis molekulinis lėtumas prilygsta aušinimui.

Garų slėgis

Kai M molekulės išeina į dujų fazę, jos gali grįžti į skystį; Tačiau, jei skystis bus veikiamas aplinkos, neišvengiamai visos molekulės bus linkusios išbristi ir sakoma, kad jie išgaravo.

Jei skystis laikomas hermetiškai uždarytoje talpykloje, gali būti nustatyta skysčių ir dujų pusiausvyra; tai yra, greitis, kuriuo dujinės molekulės išeina, bus toks pats, kuriuo jos patenka.

Dujų molekulių slėgis skysčio paviršiuje šioje pusiausvyroje yra žinomas kaip garų slėgis. Jei indas yra atidarytas, slėgis bus mažesnis, palyginti su slėgiu, kuris veikia uždarame inde.

Kuo didesnis garų slėgis, tuo skystesnis lakumas. Kuo nepastovesni, tuo silpnesnės yra jos sanglaudos jėgos. Taigi, norint išgaruoti iki normalios virimo temperatūros, reikės mažiau šilumos; tai yra temperatūra, kurioje garų slėgis ir atmosferos slėgis yra lygus 760 torų arba 1atm.

Vandens garinimo šiluma

Vandens molekulės gali sudaryti garsiuosius vandenilio ryšius: H - O - H-OH ₂ . Šis ypatingas tarpmolekulinės sąveikos tipas, nors ir silpnas, jei atsižvelgsite į tris ar keturias molekules, yra nepaprastai stiprus, kai kalbama apie milijonus iš jų.

Vandens garinimo šiluma jo virimo taške yra 2260 J / g arba 40,7 kJ / mol . Ką tai reiškia? Tam, kad išgarintumėte gramą vandens 100ºC temperatūroje, jums reikia 2260J (arba 40,7kJ, kad išgaruotumėte molį vandens, tai yra, apie 18g).

Vanduo žmogaus kūno temperatūroje, 37ºC, turi aukštesnius _{H garus} . Kodėl? Kadangi, kaip sakoma jo apibrėžime, vanduo turi būti kaitinamas iki 37ºC, kol jis pasiekia virimo temperatūrą ir visiškai išgaruoja; todėl ΔH _garų yra didesnis (ir net didesnis, kai _atvėsta temperatūra).

Iš etanolio

Etanolio ΔH _garų virimo temperatūra yra 855 J / g arba 39,3 kJ / mol. Atkreipkite dėmesį, kad ji yra žemesnis negu vandens, nes jos struktūros, CH ₃ CH ₂ OH, sunkiai gali sudaryti vandenilio jungtį. Tačiau jis ir toliau patenka į skysčius, kurių virimo temperatūra aukščiausia.

Iš acetono

Acetono ΔH _garų vertė yra 521 J / g arba 29,1 kJ / mol. Kadangi jis atspindi savo garinimo šilumą, jis yra daug lakesnis skystis nei vanduo ar etanolis, todėl verda žemesnėje temperatūroje (56ºC).

Kodėl? Kadangi jo CH ₃ OCH ₃ molekulės negali sudaryti vandenilio jungčių ir gali sąveikauti tik per dipolio-dipolio jėgas.

Iš cikloheksano

Cikloheksanui jo ΔH _{garų vertės} yra 358 J / g arba 30 kJ / mol. Jį sudaro šešiakampis žiedas, kurio formulė C ₆ H ₁₂ . Jo molekulės sąveikauja per Londono išsibarstymo jėgas, nes yra apolinės ir joms trūksta dipolio momento.

Atminkite, kad nors jis yra sunkesnis už vandenį (84 g / mol palyginti su 18 g / mol), jo sanglaudos jėgos yra mažesnės.

Iš benzeno

ΔH _VAP benzenas, aromatinis žiedas šešiakampės, kurio formulė C ₆ H ₆ , yra 395 J / g, arba 30,8 kJ / mol. Kaip ir cikloheksanas, jis sąveikauja pasiskirstant jėgoms; tačiau jis taip pat sugeba formuoti dipolius ir perkelti žiedų paviršių (kur delokalizuojami jų dvigubi ryšiai).

Tai paaiškina, kodėl, būdamas apoliarus, o ne labai sunkus, jis turi gana aukštą ΔH _garą .

Iš tolueno

Tolueno ΔH _garų vertės yra dar didesnės nei benzeno (33,18 kJ / mol). Tai yra dėl to, kad, be to, minėtų, jos metilo grupėmis, -CH ₃ Bendradarbiauti tuo dipolio momento tolueno; taip pat jie gali sąveikauti pasiskirstymo jėgomis.

Iš heksano

Galiausiai heksano ΔH _garų vertė yra 335 J / g arba 28,78 kJ / mol. Jo struktūra yra CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , tai yra tiesinė, skirtingai nei cikloheksanas, kuris yra šešiakampis.

Nors jų molekulinės masės skiriasi labai mažai (86 g / mol, palyginti su 84 g / mol), ciklinė struktūra daro tiesioginį poveikį molekulių sąveikos būdui. Būdamas žiedas, dispersinės jėgos yra efektyvesnės; kita vertus, jie labiau „klysta“ tiesinėje heksano struktūroje.

_Heksaano ΔH _garų vertės konfliktuoja su acetono vertėmis . Iš esmės heksanas dėl aukštesnės virimo temperatūros (81 ° C) turėtų turėti _aukštesnį ΔH _garą nei acetonas, kuris verda esant 56 ° C.

Skirtumas tas, kad acetono šilumos talpa yra didesnė nei heksano. Tai reiškia, kad norint pašildyti gramą acetono nuo 30 ° C iki 56 ° C ir jį išgarinti, reikia daugiau šilumos, nei sunaudojama gramui heksano pašildyti nuo 30 ° C iki jo virimo 68 ° C.

Nuorodos

1. „TutorVista“. (2018 m.). Garinimo entalpija. Atkurta iš: chemija.tutorvista.com
2. Chemija „LibreTexts“. (2018 m. Balandžio 3 d.). Garinimo šiluma. Atkurta iš: chem.libretexts.org
3. Dortmundo duomenų bankas. (sf). Standartinis cikloheksano garinimo karštis. Atkurta iš: ddbst.com
4. „Chickos JS & Acree WE“ (2003). Organinių ir metalo junginių garinimo entalpijos, 1880–2002 m. J. Phys. Chem. Ref. Data, 32 tomas, Nr. 2.
5. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis, p. 461–464.
6. Khano akademija. (2018 m.). Šilumos talpa, garinimo šiluma ir vandens tankis. Atkurta iš: es.khanacademy.org