حرارة التبخير: من الماء ، الإيثانول ، الأسيتون ، الهكسان الحلقي - كيمياء - 2025

و تبخر حرارة أو حرارة تبخر هو الطاقة التي جرام من مادة سائلة يجب أن تمتص عند نقطة الغليان له عند درجة حرارة ثابتة. أي لإكمال الانتقال من المرحلة السائلة إلى المرحلة الغازية. عادة ما يتم التعبير عنها بوحدات j / g أو cal / g ؛ وفي kJ / mol ، عند الحديث عن المحتوى الحراري المولي للتبخر.

هذا المفهوم كل يوم أكثر مما يبدو. على سبيل المثال ، تعمل العديد من الآلات ، مثل القطارات البخارية ، على الطاقة المنبعثة من بخار الماء. يمكن رؤية كتل كبيرة من البخار تتصاعد باتجاه السماء على سطح الأرض ، مثل تلك الموجودة في الصورة أدناه.

المصدر: Pxhere

كما أن تبخر العرق على الجلد يبرد أو ينعش بسبب فقدان الطاقة الحركية ؛ مما يترجم إلى انخفاض في درجة الحرارة. يزداد الشعور بالانتعاش مع هبوب النسيم ، حيث يزيل بخار الماء من قطرات العرق بسرعة أكبر.

لا تعتمد حرارة التبخر على كمية المادة فحسب ، بل على خواصها الكيميائية ؛ خاصة فيما يتعلق بالتركيب الجزيئي ونوع التفاعلات بين الجزيئات الموجودة.

مما تتكون؟

حرارة التبخير (ΔH _vap) هي متغير فيزيائي يعكس قوى تماسك السائل. من المفهوم أن قوى التماسك هي تلك التي تربط الجزيئات (أو الذرات) معًا في المرحلة السائلة. السوائل المتطايرة ، على سبيل المثال ، لها قوى تماسك ضعيفة ؛ بينما تلك الموجودة في الماء قوية جدًا.

ما سبب كون أحد السوائل أكثر تطايرًا من سائل آخر ، ونتيجة لذلك يحتاج إلى مزيد من الحرارة ليتبخر تمامًا عند نقطة الغليان؟ تكمن الإجابة في التفاعلات بين الجزيئات أو قوى فان دير فال.

اعتمادًا على التركيب الجزيئي والهوية الكيميائية للمادة ، تختلف تفاعلاتها بين الجزيئات ، فضلاً عن حجم قوى التماسك. لفهم هذا ، يجب تحليل المواد المختلفة ذات الـ _vap ΔH المختلفة.

متوسط ​​الطاقة الحركية

لا يمكن أن تكون قوى التماسك داخل السائل قوية جدًا ، وإلا فإن جزيئاته لن تهتز. هنا ، يشير مصطلح "الاهتزاز" إلى الحركة الحرة والعشوائية لكل جزيء في السائل. البعض يذهب أبطأ أو أسرع من البعض الآخر أي أنهم لا يمتلكون جميعًا نفس الطاقة الحركية.

لذلك ، نتحدث عن متوسط ​​الطاقة الحركية لجميع جزيئات السائل. هذه الجزيئات بالسرعة الكافية ستكون قادرة على التغلب على القوى الجزيئية التي تبقيها في السائل ، وسوف تهرب إلى المرحلة الغازية ؛ أكثر من ذلك ، إذا كانوا على السطح.

بمجرد هروب الجزيء الأول M ذو الطاقة الحركية العالية ، عندما يتم تقدير متوسط ​​الطاقة الحركية مرة أخرى ، فإنه يتناقص.

لماذا ا؟ لأنه كلما هربت الجزيئات الأسرع إلى الطور الغازي ، تبقى الجزيئات الأبطأ في السائل. البطء الجزيئي العالي يساوي التبريد.

ضغط البخار

عندما تهرب جزيئات M إلى الطور الغازي ، يمكنها العودة إلى السائل ؛ ومع ذلك ، إذا تعرض السائل للبيئة ، فإن جميع الجزيئات ستميل حتمًا إلى الهروب ويقال أن هناك تبخرًا.

إذا تم الاحتفاظ بالسائل في حاوية محكمة الإغلاق ، يمكن إنشاء توازن الغاز السائل ؛ أي أن السرعة التي تغادر بها الجزيئات الغازية ستكون هي نفسها التي تدخل بها.

يُعرف الضغط الذي تمارسه جزيئات الغاز على سطح السائل في هذا التوازن بضغط البخار. إذا كانت الحاوية مفتوحة ، فسيكون الضغط أقل مقارنةً بالضغط على السائل في الحاوية المغلقة.

كلما زاد ضغط البخار ، زاد تقلب السائل. كونها أكثر تقلبًا ، تضعف قوى التماسك. وبالتالي ستكون هناك حاجة إلى حرارة أقل لتبخرها إلى درجة الغليان العادية ؛ أي درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط البخار والضغط الجوي ، 760 تور أو 1 ضغط جوي.

حرارة تبخير الماء

يمكن أن تشكل جزيئات الماء الروابط الهيدروجينية الشهيرة: H - O - H-OH ₂. هذا النوع الخاص من التفاعل بين الجزيئات ، على الرغم من أنه ضعيف إذا كنت تفكر في ثلاثة أو أربعة جزيئات ، إلا أنه قوي للغاية عندما يتعلق الأمر بالملايين منها.

تبلغ حرارة تبخر الماء عند نقطة غليانه 2260 جول / جم أو 40.7 كيلوجول / مول. ماذا يعني؟ لكي يتبخر جرام من الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، فإنك تحتاج إلى 2260 جول (أو 40.7 كيلو جول لتبخر مول من الماء ، أي حوالي 18 جرامًا).

الماء عند درجة حرارة جسم الإنسان ، 37 درجة مئوية ، لديه _vap أعلى. لماذا ا؟ لأنه ، كما يقول التعريف ، يجب تسخين الماء إلى 37 درجة مئوية حتى يصل إلى نقطة الغليان ويتبخر تمامًا ؛ لذلك فإن ΔH _vap أعلى (وحتى أعلى عندما يتعلق الأمر بدرجات الحرارة الباردة).

من الإيثانول

_vap ΔH للإيثانول عند نقطة غليانه هو 855 J / g أو 39.3 kJ / mol. لاحظ أنه أدنى من الماء ، لأن تركيبته ، CH ₃ CH ₂ OH ، بالكاد يمكن أن تشكل رابطة هيدروجينية. ومع ذلك ، لا يزال يحتل مرتبة بين السوائل ذات أعلى نقاط الغليان.

من الاسيتون

ΔH _{vap للأسيتون} هو 521 J / g أو 29.1 kJ / mol. نظرًا لأنه يعكس حرارة التبخر ، فهو سائل أكثر تطايرًا من الماء أو الإيثانول ، وبالتالي يغلي عند درجة حرارة منخفضة (56 درجة مئوية).

لماذا ا؟ لأن جزيئات CH ₃ OCH ₃ لا يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية ويمكن أن تتفاعل فقط من خلال قوى ثنائية القطب.

من سيكلوهكسان

بالنسبة _{للهكسان} الحلقي ، فإن _{apH vap} هو 358 J / g أو 30 kJ / mol. يتكون من حلقة سداسية بالصيغة C ₆ H ₁₂. تتفاعل جزيئاته من خلال قوى تشتت لندن ، لأنها قطبية وتفتقر إلى عزم ثنائي القطب.

لاحظ أنه على الرغم من أنه أثقل من الماء (84 جم / مول مقابل 18 جم / مول) ، إلا أن قوى التماسك الخاصة به أقل.

من البنزين

وΔH _فب من البنزين، حلقة سداسية العطرية مع الصيغة C ₆ H ₆ ، هو 395 J / ز أو 30.8 كج / مول. مثل الهكسان الحلقي ، يتفاعل من خلال قوى التشتت ؛ ولكنه قادر أيضًا على تكوين ثنائيات أقطاب ونقل سطح الحلقات (حيث يتم تحديد روابطها المزدوجة) على الآخرين.

وهذا ما يفسر لماذا، ويجري عديم الأقطاب، وليس ثقيلا جدا، لديها مرتفعة نسبيا ΔH _فب.

من التولوين

_vap التولوين ΔH أعلى من البنزين (33.18 كيلوجول / مول). ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه بالإضافة إلى ما سبق ذكره ، فإن مجموعات الميثيل الخاصة بها - CH ₃ تتعاون في العزم ثنائي القطب للتولوين ؛ كذلك ، يمكنهم التفاعل بواسطة قوى التشتت.

من الهكسان

وأخيرًا ، فإن _vap ΔH _{للهكسان} هو 335 J / g أو 28.78 kJ / mol. هيكلها هو CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ ، أي خطي ، على عكس هيكل الهكسان الحلقي ، وهو سداسي.

على الرغم من اختلاف كتلها الجزيئية قليلاً جدًا (86 جم / مول مقابل 84 جم / مول) ، فإن التركيب الدوري يؤثر بشكل مباشر على الطريقة التي تتفاعل بها الجزيئات. كونها حلقة ، تكون قوى التشتت أكثر فعالية ؛ من ناحية أخرى ، هم أكثر "ضلال" في البنية الخطية للهكسان.

_تتعارض قيم _{apH vap للهكسان مع} قيم الأسيتون. من حيث المبدأ ، يجب أن يحتوي الهكسان ، لأنه يحتوي على نقطة غليان أعلى (81 درجة مئوية) ، على _vap أكبر من الأسيتون ، والذي يغلي عند 56 درجة مئوية.

الفرق هو أن الأسيتون لديه سعة حرارية أعلى من الهكسان. وهذا يعني أنه لتسخين جرام من الأسيتون من 30 درجة مئوية إلى 56 درجة مئوية وتبخيره ، فإنه يتطلب حرارة أكثر مما هو مستخدم لتسخين جرام من الهكسان من 30 درجة مئوية إلى درجة غليانه البالغة 68 درجة مئوية.

المراجع

1. TutorVista. (2018). المحتوى الحراري للتبخير. تم الاسترجاع من: chemistry.tutorvista.com
2. الكيمياء LibreTexts. (3 أبريل 2018). حرارة التبخير. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
3. بنك بيانات دورتموند. (سادس). الحرارة القياسية لتبخير الهكسان الحلقي. تم الاسترجاع من: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). المحتوى الحراري لتبخير المركبات العضوية والفلزية ، 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data، Vol. 32، No. 2.
5. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). تعلم CENGAGE ، ص 461-464.
6. أكاديمية خان. (2018). السعة الحرارية وحرارة التبخير وكثافة الماء. تم الاسترجاع من: es.khanacademy.org