HABA PENGEWAPAN: DARI AIR, ETANOL, ASETON, SIKLOHEKSANA - KIMIA - 2025

The pengewapan haba atau entalpi pengewapan adalah tenaga yang satu gram bahan cecair mesti menyerap pada titik mendidih pada suhu malar; iaitu, untuk menyelesaikan peralihan dari cecair ke fasa gas. Ia biasanya dinyatakan dalam unit j / g atau cal / g; dan dalam kJ / mol, apabila bercakap mengenai entalpi molar molar.

Konsep ini lebih setiap hari daripada yang disangka. Sebagai contoh, banyak mesin, seperti kereta api stim, menggunakan tenaga yang dikeluarkan oleh wap air. Sebilangan besar wap dapat dilihat naik ke langit di permukaan Bumi, seperti pada gambar di bawah.

Sumber: Pxhere

Juga, pengewapan peluh pada kulit menjadi sejuk atau menyegarkan kerana kehilangan tenaga kinetik; yang bermaksud penurunan suhu. Rasa kesegaran meningkat ketika angin bertiup, kerana ia menghilangkan wap air dari titisan peluh dengan lebih cepat.

Panas pengewapan tidak hanya bergantung pada jumlah bahan, tetapi juga sifat kimianya; terutamanya, struktur molekul, dan jenis interaksi molekul yang ada.

Apa itu terdiri?

Haba pengewapan (ΔH _vap ) adalah pemboleh ubah fizikal yang mencerminkan daya kohesi cecair. Kekuatan kohesi difahami sebagai kekuatan yang menahan molekul (atau atom) bersama dalam fasa cecair. Cecair yang mudah menguap, misalnya, mempunyai daya kohesi yang lemah; sementara air sangat kuat.

Mengapa satu cecair lebih mudah menguap daripada yang lain dan, sebagai hasilnya, ia memerlukan lebih banyak haba untuk menguap sepenuhnya pada titik didihnya? Jawapannya terletak pada interaksi antara molekul atau kekuatan Van der Waals.

Bergantung pada struktur molekul dan identiti kimia bahan tersebut, interaksi molekulnya berbeza-beza, begitu juga besarnya kekuatan kohesi. Untuk memahami perkara ini, bahan yang berlainan dengan _wap ΔH berbeza mesti dianalisis .

Tenaga kinetik purata

Kekuatan kohesi dalam cecair tidak boleh sangat kuat, jika tidak molekulnya tidak akan bergetar. Di sini, "getar" merujuk kepada pergerakan bebas dan rawak setiap molekul dalam cecair. Sebilangannya berjalan lebih perlahan, atau lebih cepat daripada yang lain; iaitu, mereka semua tidak mempunyai tenaga kinetik yang sama.

Oleh itu, kita bercakap mengenai tenaga kinetik purata untuk semua molekul cecair. Molekul-molekul tersebut cukup cepat dapat mengatasi daya intermolekul yang menahannya di dalam cecair, dan akan melarikan diri ke fasa gas; lebih-lebih lagi, jika mereka berada di permukaan.

Setelah molekul pertama M dengan tenaga kinetik tinggi melarikan diri, apabila tenaga kinetik purata dianggarkan lagi, ia akan menurun.

Kenapa? Oleh kerana molekul yang lebih cepat melarikan diri ke fasa gas, molekul yang lebih perlahan kekal dalam cecair. Kelambatan molekul yang lebih tinggi sama dengan penyejukan.

Tekanan wap

Apabila molekul M melarikan diri ke fasa gas, molekul tersebut dapat kembali ke cecair; Akan tetapi, jika cairan itu terkena lingkungan, pasti semua molekul cenderung untuk melarikan diri dan dikatakan bahawa terdapat penyejatan.

Sekiranya cecair disimpan dalam bekas tertutup rapat, keseimbangan gas-cecair dapat dijumpai; iaitu, kelajuan meninggalkan molekul gas akan sama dengan mana ia masuk.

Tekanan yang diberikan oleh molekul gas di permukaan cecair dalam keseimbangan ini dikenali sebagai tekanan wap. Sekiranya bekas terbuka, tekanan akan lebih rendah berbanding dengan cecair yang terdapat di dalam bekas tertutup.

Semakin tinggi tekanan wap, cecair semakin mudah menguap. Menjadi lebih mudah berubah, yang lebih lemah adalah kekuatan kohesi. Oleh itu, lebih sedikit haba diperlukan untuk menguapnya ke titik didih normal; iaitu suhu di mana tekanan wap dan tekanan atmosfera sama, 760 torr atau 1atm.

Panas pengewapan air

Molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen yang terkenal: H - O - H-OH ₂ . Jenis interaksi intermolekul khas ini, walaupun lemah jika anda menganggap tiga atau empat molekul, sangat kuat apabila berjuta-juta molekulnya.

Haba pengewapan air pada takat didihnya ialah 2260 J / g atau 40.7 kJ / mol . Apakah maksudnya? Untuk menguap satu gram air pada suhu 100ºC, anda memerlukan 2260J (atau 40.7kJ untuk menguap satu mol air, iaitu sekitar 18g).

Air pada suhu badan manusia, 37ºC, mempunyai lebih tinggi ΔH _vap . Kenapa? Kerana, seperti yang dinyatakan definisinya, air mesti dipanaskan hingga 37ºC sehingga mencapai titik didihnya dan menguap sepenuhnya; oleh itu _wap ΔH lebih tinggi (dan bahkan lebih tinggi ketika datang ke suhu sejuk).

Dari etanol

_Wap ΔH etanol pada titik didihnya ialah 855 J / g atau 39.3 kJ / mol. Perhatikan bahawa ia lebih rendah daripada air, kerana strukturnya, CH ₃ CH ₂ OH, hampir tidak dapat membentuk ikatan hidrogen. Walau bagaimanapun, ia terus berada di antara cecair dengan takat didih tertinggi.

Dari aseton

_Wap ΔH aseton ialah 521 J / g atau 29.1 kJ / mol. Oleh kerana ia mencerminkan kepanasan pengewapannya, ia adalah cecair yang lebih mudah menguap daripada air atau etanol, dan oleh itu mendidih pada suhu yang lebih rendah (56ºC).

Kenapa? Kerana molekul CH ₃ OCH ₃ tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dan hanya dapat berinteraksi melalui daya dipol-dipol.

Daripada sikloheksana

Untuk sikloheksana, wap _ΔHnya ialah 358 J / g atau 30 kJ / mol. Ia terdiri daripada cincin heksagon dengan formula C ₆ H ₁₂ . Molekul-molekulnya berinteraksi melalui kekuatan hamburan London, kerana molekulnya tidak mempunyai momen dipol

Perhatikan bahawa walaupun lebih berat daripada air (84g / mol vs 18g / mol), daya kohesi lebih rendah.

Dari benzena

_Wap ΔH benzena, cincin heksagon aromatik dengan formula C ₆ H ₆ , ialah 395 J / g atau 30.8 kJ / mol. Seperti sikloheksana, ia berinteraksi melalui daya serakan; tetapi, ia juga mampu membentuk dipol dan memindahkan permukaan cincin (di mana ikatan berganda mereka dilepaskan) pada yang lain.

Ini menjelaskan mengapa, yang apolar, dan tidak terlalu berat, ia mempunyai agak tinggi ΔH _vap .

Dari toluena

_Wap ΔH toluena lebih tinggi daripada benzena (33,18 kJ / mol). Ini disebabkan oleh fakta bahawa, selain yang disebutkan di atas, kumpulan metilnya, –CH ₃ bekerjasama pada momen dipol toluena; juga, mereka dapat berinteraksi dengan daya serakan.

Dari segi enam

Dan akhirnya, _wap ΔH heksana ialah 335 J / g atau 28.78 kJ / mol. Strukturnya adalah CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , iaitu linear, tidak seperti sikloheksana, yang bersifat heksagon.

Walaupun jisim molekulnya sedikit berbeza (86g / mol vs 84g / mol), struktur siklik secara langsung mempengaruhi cara molekul berinteraksi. Menjadi cincin, daya penyebaran lebih berkesan; sebaliknya, mereka lebih "salah" dalam struktur linear heksana.

Nilai _wap ΔH untuk heksana bertentangan dengan nilai aseton. Pada dasarnya, heksana, kerana ia mempunyai takat didih yang lebih tinggi (81ºC), harus mempunyai lebih besar ΔH _vap daripada aseton, yang mendidih pada 56ºC.

Perbezaannya ialah aseton mempunyai kapasiti haba yang lebih tinggi daripada heksana. Ini bermaksud bahawa untuk memanaskan satu gram aseton dari 30 ° C hingga 56 ° C dan menguapnya, ia memerlukan lebih banyak haba daripada yang digunakan untuk memanaskan satu gram heksana dari 30 ° C hingga takat didihnya 68 ° C.

Rujukan

1. TutorVista. (2018). Enthalpy Penyejatan. Dipulihkan dari: chemistry.tutorvista.com
2. LibreTexts Kimia. (3 April 2018). Haba Pengewapan. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
3. Bank Data Dortmund. (sf). Haba Pengewapan Cyclohexane Piawai. Dipulihkan dari: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Enthalpies of Vaporization of Organic and Organometallic Compounds, 1880-2002. J. Phys. Chem. Data Rujukan, Jilid 32, No.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 461-464.
6. Akademi Khan. (2018). Kapasiti haba, haba pengewapan dan ketumpatan air. Dipulihkan dari: es.khanacademy.org