חום האידוי: ממים, אתנול, אצטון, ציקלוהקסאן - כִּימִיָה - 2025

אידוי חום או אנתלפיית אידוי היא האנרגיה גרם של חומר נוזלי חייב לספוג בשלב רותחים שלה בטמפרטורה קבועה; כלומר, כדי להשלים את המעבר מהנוזל לשלב הגז. זה בדרך כלל בא לידי ביטוי ביחידות j / g או cal / g; וב- kJ / mol, כשמדברים על האנטלפיה הטוחנית של האידוי.

מושג זה יותר יומיומי מכפי שנראה. לדוגמה, מכונות רבות, כמו רכבות קיטור, עובדות על האנרגיה שמשתחררת מאדי מים. ניתן לראות המוני אדים גדולים העולים כלפי מטה על פני כדור הארץ, כמו אלה בתמונה למטה.

מקור: Pxhere

כמו כן, אידוי הזיעה על העור מתקרר או מרענן בגלל אובדן האנרגיה הקינטית; מה שמתורגם לירידה בטמפרטורה. תחושת הרעננות גוברת כאשר הבריזה נושבת, מכיוון שהיא מסירה את אדי המים מטיפות הזיעה במהירות רבה יותר.

חום האידוי תלוי לא רק בכמות החומר, אלא בתכונות הכימיות שלו; במיוחד של המבנה המולקולרי וסוג האינטראקציות הבין-מולקולריות הקיימות.

ממה זה מורכב?

חום האידוי ( _{vH vap} ) הוא משתנה פיזי המשקף את כוחות הלכידות של הנוזל. כוחות הלכידות מובנים ככאלה המחזיקים מולקולות (או אטומים) יחד בשלב הנוזל. לנוזלים נדיפים, למשל, יש כוחות לכידות חלשים; בעוד אלה של מים הם חזקים מאוד.

מדוע נוזל אחד הוא נדיף יותר מאשר אחר וכתוצאה מכך הוא זקוק ליותר חום כדי להתאדות לחלוטין בנקודת הרתיחה שלו? התשובה נעוצה באינטראקציות הבין-מולקולריות או בכוחות ואן-דר-וואלס.

בהתאם למבנה המולקולרי והזהות הכימית של החומר, האינטראקציות הבין-מולקולריות שלו משתנות, כמו גם את גודל כוחות הלכידות שלו. כדי להבין זאת, יש לנתח חומרים שונים עם _VAP שונה .

אנרגיה קינטית ממוצעת

כוחות הלכידות בתוך נוזל לא יכולים להיות חזקים מאוד, אחרת המולקולות שלו לא היו רוטטות. כאן, "רטט" מתייחס לתנועה החופשית והאקראית של כל מולקולה בנוזל. חלקם הולכים לאט יותר, או מהר יותר מאחרים; כלומר, לכולם אין את אותה אנרגיה קינטית.

לכן אנו מדברים על אנרגיה קינטית ממוצעת לכל מולקולות הנוזל. מולקולות אלה מהר מספיק יוכלו להתגבר על הכוחות הבין-מולקולריים המחזיקים אותו בנוזל, וימלטו לשלב הגזי; על אחת כמה וכמה, אם הם על פני השטח.

ברגע שהמולקולה M הראשונה עם אנרגיה קינטית גבוהה בורחת, כאשר האנרגיה הקינטית הממוצעת שוב נאמדת, היא פוחתת.

למה? מכיוון שככל שהמולקולות המהירות יותר בורחות לשלב הגז, הן איטיות יותר נותרות בנוזל. איטיות מולקולרית גבוהה יותר שווה קירור.

לחץ אדים

כאשר מולקולות M בורחות לשלב הגז, הן יכולות לחזור לנוזל; עם זאת, אם הנוזל נחשף לסביבה, בהכרח כל המולקולות יטו לברוח ונאמר שהייתה התאיידות.

אם הנוזל מוחזק במיכל אטום הרמטית, ניתן ליצור שיווי משקל בין נוזל; כלומר המהירות שבה המולקולות הגזיות עוזבות תהיה זהה איתן הן נכנסות.

הלחץ המופעל על ידי מולקולות גז על פני הנוזל בשיווי משקל זה מכונה לחץ האדים. אם המיכל פתוח, הלחץ יהיה נמוך יותר בהשוואה ללחץ הפועל על הנוזל במיכל הסגור.

ככל שלחץ האדים גבוה יותר, כך הנוזל נדיף יותר. בהיותו תנודתי יותר, חלשים יותר כוחות הלכידות שלו. ולכן פחות נדרש חום כדי לאדותו לנקודת הרתיחה הרגילה שלו; כלומר הטמפרטורה בה לחץ האדים והלחץ האטמוספרי שווים, 760 טור או 1 אטם.

חום האידוי של מים

מולקולות מים יכולות ליצור את קשרי המימן המפורסמים: H - O - H-OH ₂ . סוג מיוחד זה של אינטראקציה בין מולקולרית, אם כי חלש אם לוקחים בחשבון שלוש או ארבע מולקולות, הוא חזק ביותר כשמדובר במיליונים מהם.

חום האידוי של מים בנקודת הרתיחה שלהם הוא 2260 J / g או 40.7 KJ / mol . מה זה אומר? שכדי לאדות גרם מים בחום של 100 מעלות צלזיוס אתה צריך 2260J (או 40.7kJ כדי לאדות שומה של מים, כלומר בערך 18 גרם).

מים בטמפרטורת הגוף האנושי, 37oC, יש גבוה ΔH _VAP . למה? מכיוון שכפי שהגדרתו אומרת, יש לחמם את המים ל 37 מעלות צלזיוס עד שהם מגיעים לנקודת הרתיחה שלהם ומתאדים לחלוטין; לכן ה- _{V vH} הוא גבוה יותר (ואף גבוה יותר כשמדובר בטמפרטורות הקרות).

מאתנול

ΔH _VAP של אתנול בנקודה הרותחת שלה הוא 855 J / g או 39.3 kJ / mol. שימו לב שהוא נחות מזה של מים, מכיוון שהמבנה שלהם, CH ₃ CH ₂ OH, בקושי יכול ליצור קשר מימן. עם זאת, הוא ממשיך לדרג בין הנוזלים עם נקודות הרתיחה הגבוהות ביותר.

מאצטון

ה- _{V v} של האצטון הוא 521 J / g או 29.1 kJ / mol. מכיוון שהוא משקף את חום האידוי שלו, זהו נוזל הרבה יותר נדיף מאשר מים או אתנול, ולכן מרתיח בטמפרטורה נמוכה יותר (56 מעלות צלזיוס).

למה? מכיוון שמולקולות ה- CH ₃ OCH _{3 שלה} אינן יכולות ליצור קשרי מימן והן יכולות להתקיים רק באמצעות כוחות דיפול-דיפול.

של ציקלוהקסן

עבור ציקלוהקסאן, _{אדי ה-} H שלו הוא 358 J / g או 30 kJ / mol. זה מורכב מטבעת משושה עם הנוסחה C ₆ H ₁₂ . המולקולות שלה אינטראקציות דרך כוחות הפיזור של לונדון, מכיוון שהם אפולריים וחסרי רגע דיפול.

שימו לב שלמרות שהוא כבד יותר ממים (84 גרם / מול לעומת 18 גרם / מול), כוחות הלכידות שלהם נמוכים יותר.

של בנזן

ΔH _VAP של בנזן, טבעת משושה ארומטי עם הנוסחה C ₆ H ₆ , הוא 395 J / g או 30.8 kJ / mol. כמו ציקלוהקסן, הוא מתקשר באמצעות כוחות פיזור; אבל זה גם מסוגל ליצור דיפולות ולהעביר מחדש את פני הטבעות (שם קשורות הכפולים שלהם ממוקמים) על אחרים.

זה מסביר מדוע, בהיותו אחיד ולא כבד מאוד, יש לו _vap גבוה יחסית ל- _H.

מטולואן

ה- _{V v} של הטולואן גבוה אפילו יותר מזה של הבנזן (33.18 kJ / mol). זה נובע מהעובדה שבנוסף לאמור לעיל, קבוצות המתיל שלה - CH ₃ משתפות פעולה ברגע הדיפול של הטולואן; כמו כן, הם יכולים לקיים אינטראקציה על ידי כוחות הפיזור.

של משושה

ולבסוף, _{האוויר H} של _ההקסאן הוא 335 J / g או 28.78 kJ / mol. המבנה שלו הוא CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , כלומר ליניארי, בניגוד למבנה של ציקלוהקסן, שהוא משושה.

למרות שהמסה המולקולרית שלהם שונה מעט מאוד (86 גרם / מול לעומת 84 גרם / מול), המבנה המחזורי משפיע ישירות על האופן שבו המולקולות עוברות אינטראקציה. בהיותם טבעת, כוחות הפיזור יעילים יותר; מצד שני, הם "יותר טעימים" במבנה הליניארי של המשושה.

ערכי ה- _{vap של HH} עבור הקסאן מתנגשים עם ערכי האצטון. באופן עקרוני, משושה, מכיוון שיש לו נקודת רתיחה גבוהה יותר (81 מעלות צלזיוס), אמור להיות לו _צימוד ΔH גדול יותר מאשר אצטון, הרתיח בגובה 56 מעלות צלזיוס.

ההבדל הוא שלאצטון יש יכולת חום גבוהה יותר מהקסאן. משמעות הדבר היא שכדי לחמם גרם של אצטון מ 30 מעלות צלזיוס ל- 56 מעלות צלזיוס ולאידתו, הוא דורש יותר חום ממה שמשמש לחימום גרם הקסאן מ 30 מעלות צלזיוס עד לנקודת הרתיחה שלו של 68 מעלות צלזיוס.

הפניות

1. TutorVista. (2018). אנטלפיה של אידוי. התאושש מ: chemistry.tutorvista.com
2. כימיה LibreTexts. (3 באפריל 2018). חום האידוי. התאושש מ: chem.libretexts.org
3. בנק נתונים של דורטמונד. (sf). חום אידוי סטנדרטי של ציקלוהקסן. התאושש מ: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). אנטלפליות לאידוי של תרכובות אורגניות ואורגנוומטליות, 1880-2002. ג'יי פיז. כימ. מס 'נתונים, כרך 32, מס' 2.
5. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '461-464.
6. האקדמיה לחאן. (2018). קיבולת חום, חום אידוי וצפיפות מים. התאושש מ: es.khanacademy.org