NHIỆT HÓA HƠI: TỪ NƯỚC, ETANOL, AXETON, XYCLOHEXAN - HÓA HỌC - 2025

Các sự bay hơi nhiệt hoặc nhiệt bay hơi là năng lượng mà một gam chất lỏng phải hấp thụ vào thời điểm sôi của nó ở nhiệt độ không đổi; nghĩa là hoàn thành quá trình chuyển từ thể lỏng sang pha khí. Nó thường được biểu thị bằng đơn vị j / g hoặc cal / g; và tính bằng kJ / mol, khi nói về entanpi mol của quá trình hóa hơi.

Khái niệm này thường ngày hơn tưởng tượng. Ví dụ, nhiều máy móc, chẳng hạn như tàu hơi nước, hoạt động dựa trên năng lượng do hơi nước thải ra. Có thể nhìn thấy những khối hơi lớn bốc lên trên bề mặt Trái đất, giống như những khối hơi trong hình dưới đây.

Nguồn: Pxhere

Ngoài ra, sự bốc hơi của mồ hôi trên da làm mát hoặc sảng khoái do mất động năng; làm giảm nhiệt độ. Cảm giác tươi mát tăng lên khi có làn gió thổi qua, vì nó loại bỏ hơi nước từ những giọt mồ hôi nhanh chóng hơn.

Nhiệt hóa hơi không chỉ phụ thuộc vào lượng chất mà còn phụ thuộc vào tính chất hóa học của nó; đặc biệt là cấu trúc phân tử và loại tương tác giữa các phân tử.

Nó bao gồm những gì?

Nhiệt hóa hơi (ΔH _vap ) là một biến số vật lý phản ánh lực dính của chất lỏng. Lực liên kết được hiểu là lực giữ các phân tử (hoặc nguyên tử) với nhau trong pha lỏng. Chất lỏng dễ bay hơi, ví dụ, có lực kết dính yếu; trong khi nước rất mạnh.

Lý do gì khiến một chất lỏng dễ bay hơi hơn chất lỏng khác và kết quả là chất lỏng cần nhiều nhiệt hơn để bay hơi hoàn toàn ở điểm sôi của nó? Câu trả lời nằm ở tương tác giữa các phân tử hoặc lực Van der Waals.

Tùy thuộc vào cấu trúc phân tử và đặc điểm hóa học của chất, tương tác giữa các phân tử của nó khác nhau, cũng như độ lớn của lực liên kết của nó. Để hiểu điều này, các chất khác nhau có ΔH _vap khác nhau phải được phân tích .

Động năng trung bình

Lực liên kết bên trong chất lỏng không thể rất mạnh, nếu không các phân tử của nó sẽ không dao động. Ở đây, "rung động" dùng để chỉ sự chuyển động tự do và ngẫu nhiên của mỗi phân tử trong chất lỏng. Một số đi chậm hơn, hoặc nhanh hơn những người khác; nghĩa là chúng không có động năng như nhau.

Do đó, chúng ta nói về một động năng trung bình cho tất cả các phân tử của chất lỏng. Những phân tử đó đủ nhanh sẽ có thể vượt qua các lực liên phân tử giữ nó trong chất lỏng, và sẽ thoát vào pha khí; thậm chí nhiều hơn như vậy, nếu chúng ở trên bề mặt.

Khi phân tử M thứ nhất có động năng lớn thoát ra ngoài thì khi ước lượng lại động năng trung bình giảm.

Tại sao? Bởi vì khi các phân tử nhanh hơn thoát vào pha khí, những phân tử chậm hơn vẫn ở trong chất lỏng. Làm chậm phân tử cao hơn bằng cách làm lạnh.

Áp suất hơi

Khi các phân tử M thoát ra pha khí, chúng có thể trở lại thể lỏng; Tuy nhiên, nếu chất lỏng tiếp xúc với môi trường, chắc chắn tất cả các phân tử sẽ có xu hướng thoát ra ngoài và người ta nói rằng đã có sự bay hơi.

Nếu chất lỏng được giữ trong một vật chứa kín, thì có thể thiết lập trạng thái cân bằng lỏng-khí; có nghĩa là, tốc độ mà các phân tử khí rời đi sẽ giống với tốc độ mà chúng đi vào.

Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên bề mặt chất lỏng ở trạng thái cân bằng này được gọi là áp suất hơi. Nếu thùng mở, áp suất sẽ thấp hơn áp suất tác dụng lên chất lỏng trong thùng kín.

Áp suất hơi càng cao, chất lỏng càng dễ bay hơi. Biến động nhiều hơn, lực kết dính của nó càng yếu. Và do đó sẽ cần ít nhiệt hơn để làm bay hơi nó đến nhiệt độ sôi bình thường; nghĩa là, nhiệt độ tại đó áp suất hơi và áp suất khí quyển bằng nhau, 760 torr hoặc 1atm.

Nhiệt hóa hơi của nước

Các phân tử nước có thể hình thành các liên kết hydro nổi tiếng: H - O - H-OH ₂ . Loại tương tác giữa các phân tử đặc biệt này, mặc dù yếu nếu bạn xem xét ba hoặc bốn phân tử, nhưng lại cực kỳ mạnh khi có hàng triệu trong số chúng.

Nhiệt hóa hơi của nước tại điểm sôi của nó là 2260 J / g hoặc 40,7 kJ / mol . Nó có nghĩa là gì? Để làm bay hơi một gam nước ở 100ºC, bạn cần 2260J (hoặc 40,7kJ để làm bay hơi một mol nước, tức là khoảng 18 gam).

Nước ở nhiệt độ cơ thể người, 37ºC, có ΔH _vap cao hơn. Tại sao? Bởi vì, như định nghĩa của nó đã nói, nước phải được đun nóng đến 37ºC cho đến khi nó đạt đến điểm sôi và bay hơi hoàn toàn; do đó ΔH _vap cao hơn (và thậm chí cao hơn khi ở nhiệt độ lạnh).

Từ etanol

Các ΔH _vap ethanol vào thời điểm sôi của nó là 855 J / g hoặc 39,3 kJ / mol. Lưu ý rằng nó kém hơn so với nước, vì cấu trúc của nó, CH ₃ CH ₂ OH, khó có thể tạo liên kết hydro. Tuy nhiên, nó tiếp tục được xếp hạng trong số các chất lỏng có điểm sôi cao nhất.

Từ axeton

Các ΔH _vap của acetone là 521 J / g hoặc 29,1 kJ / mol. Vì nó phản ánh nhiệt hóa hơi nên nó là chất lỏng dễ bay hơi hơn nhiều so với nước hoặc etanol, và do đó sôi ở nhiệt độ thấp hơn (56ºC).

Tại sao? Vì các phân tử CH ₃ OCH ₃ của nó không thể hình thành liên kết hydro và chỉ có thể tương tác thông qua lực lưỡng cực-lưỡng cực.

Của xyclohexan

Đối với xiclohexan, ΔH _vap của nó là 358 J / g hoặc 30 kJ / mol. Nó bao gồm một vòng lục giác với công thức C ₆ H ₁₂ . Các phân tử của nó tương tác thông qua lực tán xạ London, bởi vì chúng là cực và thiếu mômen lưỡng cực.

Lưu ý rằng mặc dù nó nặng hơn nước (84g / mol so với 18g / mol), lực kết dính của nó thấp hơn.

Của benzen

Các ΔH _vap của benzen, một vòng lục giác thơm với công thức C ₆ H ₆ , là 395 J / g hoặc 30,8 kJ / mol. Giống như xyclohexan, nó tương tác thông qua các lực phân tán; nhưng, nó cũng có khả năng hình thành lưỡng cực và di chuyển bề mặt của các vòng (nơi các liên kết đôi của chúng bị phân chia) trên các vòng khác.

Điều này giải thích tại sao, không quá nặng và không quá nặng, nó có ΔH _vap tương đối cao.

Từ toluen

Các ΔH _vap toluen thậm chí còn cao hơn so với benzen (33,18 kJ / mol). Điều này là do thực tế là, ngoài các nhóm đã đề cập ở trên, các nhóm metyl của nó, –CH ₃ cộng tác ở mômen lưỡng cực của toluen; cũng như, chúng có thể tương tác bằng các lực phân tán.

Của hexan

Và cuối cùng, ΔH _vap của hexan là 335 J / g hoặc 28,78 kJ / mol. Cấu trúc của nó là CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , có nghĩa là tuyến tính, không giống như cấu trúc của xyclohexan, là lục giác.

Mặc dù khối lượng phân tử của chúng khác nhau rất ít (86g / mol so với 84g / mol), cấu trúc tuần hoàn ảnh hưởng trực tiếp đến cách tương tác giữa các phân tử. Là một vòng, các lực phân tán hiệu quả hơn; mặt khác, chúng "sai lầm" hơn trong cấu trúc tuyến tính của hexan.

Các ΔH _vap giá trị cho hexane xung đột với những người cho acetone. Về nguyên tắc, hexan, vì nó có nhiệt độ sôi cao hơn (81ºC), nên có ΔH _vap lớn hơn axeton, sôi ở 56ºC.

Điểm khác biệt là axeton có nhiệt dung cao hơn hexan. Điều này có nghĩa là để đun nóng một gam axeton từ 30 ° C đến 56 ° C và làm bay hơi nó, cần nhiều nhiệt hơn lượng nhiệt được sử dụng để đun nóng một gam hexan từ 30 ° C đến nhiệt độ sôi của nó là 68 ° C.

Người giới thiệu

1. TutorVista. (2018). Entanpi của hóa hơi. Phục hồi từ: chemistry.tutorvista.com
2. Hóa học LibreTexts. (Ngày 3 tháng 4 năm 2018). Nhiệt hóa hơi. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
3. Ngân hàng dữ liệu Dortmund. (sf). Nhiệt hóa hơi tiêu chuẩn của Cyclohexan. Phục hồi từ: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Entanpi hóa hơi của các hợp chất hữu cơ và hữu cơ, 1880-2002. J. Phys. Chem. Dữ liệu tham khảo, Tập 32, Số 2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Learning, tr 461-464.
6. Học viện Khan. (2018). Nhiệt dung, nhiệt hóa hơi và khối lượng riêng của nước. Phục hồi từ: es.khanacademy.org