le vaporisation thermique ou l'enthalpie de vaporisation est l'énergie qu'un gramme de substance liquide doit absorber à son point d'ébullition à température constante; c'est-à-dire pour achever la transition de la phase liquide à la phase gazeuse. Elle est généralement exprimée en unités j / g ou cal / g; et en kJ / mol, quand on parle de l'enthalpie molaire de vaporisation.
Ce concept est plus quotidien qu'il n'y paraît. Par exemple, de nombreuses machines, comme les trains à vapeur, fonctionnent grâce à l'énergie libérée par la vapeur d'eau. À la surface de la terre, de grandes masses de vapeur peuvent être observées s'élevant vers le ciel, comme celles de l'image ci-dessous.
En outre, la vaporisation de la sueur sur la peau refroidit ou rafraîchit en raison de la perte d'énergie cinétique; ce qui se traduit par une baisse de température. La sensation de fraîcheur augmente lorsque la brise souffle, car elle élimine plus rapidement la vapeur d'eau de la sueur.
La chaleur de vaporisation dépend non seulement de la quantité de substance, mais de ses propriétés chimiques; en particulier, de la structure moléculaire et du type d'interactions intermoléculaires présentes.
Index des articles
La chaleur de vaporisation (ΔHvap) est une variable physique qui reflète les forces de cohésion du liquide. On entend par forces de cohésion celles qui maintiennent les molécules (ou atomes) ensemble dans la phase liquide. Les liquides volatils, par exemple, ont de faibles forces de cohésion; tandis que ceux de l'eau, sont très forts.
Pourquoi un liquide est-il plus volatil qu'un autre et que, par conséquent, il a besoin de plus de chaleur pour s'évaporer complètement à son point d'ébullition? La réponse réside dans les interactions intermoléculaires ou les forces de Van der Waals.
Selon la structure moléculaire et l'identité chimique de la substance, ses interactions intermoléculaires varient, ainsi que l'ampleur de ses forces de cohésion. Pour le comprendre, différentes substances doivent être analysées avec ΔHvap différent.
Les forces de cohésion dans un liquide ne peuvent pas être très fortes, sinon ses molécules ne vibreraient pas. Ici, «vibrer» fait référence au mouvement libre et aléatoire de chaque molécule dans le liquide. Certains vont plus lentement ou plus vite que d'autres; c'est-à-dire qu'ils n'ont pas tous la même énergie cinétique.
Par conséquent, on parle d'un énergie cinétique moyenne pour toutes les molécules du liquide. Ces molécules assez rapides pourront vaincre les forces intermoléculaires qui la maintiennent dans le liquide, et s'échapperont dans la phase gazeuse; plus encore, s'ils sont en surface.
Une fois que la première molécule M à haute énergie cinétique s'échappe, lorsque l'énergie cinétique moyenne est à nouveau estimée, elle diminue.
Parce que? Parce que lorsque les molécules les plus rapides s'échappent dans la phase gazeuse, les plus lentes restent dans le liquide. Une plus grande lenteur moléculaire équivaut à un refroidissement.
Lorsque les molécules M s'échappent dans la phase gazeuse, elles peuvent retourner dans le liquide; Cependant, si le liquide est exposé à l'environnement, inévitablement toutes les molécules auront tendance à s'échapper et on dit qu'il y a eu une évaporation.
Si le liquide est conservé dans un récipient hermétiquement fermé, un équilibre liquide-gaz peut être établi; c'est-à-dire que la vitesse à laquelle les molécules gazeuses partent sera la même à laquelle elles entrent.
La pression exercée par les molécules de gaz à la surface du liquide dans cet équilibre est connue sous le nom de pression de vapeur. Si le récipient est ouvert, la pression sera inférieure à celle agissant sur le liquide dans le récipient fermé.
Plus la pression de vapeur est élevée, plus le liquide est volatil. Etant plus volatile, plus ses forces de cohésion sont faibles. Et donc moins de chaleur sera nécessaire pour l'évaporer à son point d'ébullition normal; c'est-à-dire la température à laquelle la pression de vapeur et la pression atmosphérique sont égales, 760 torr ou 1atm.
Les molécules d'eau peuvent former les fameuses liaisons hydrogène: H-O-H-OHdeux. Ce type particulier d'interaction intermoléculaire, bien que faible lorsqu'on considère trois ou quatre molécules, est extrêmement fort lorsqu'il s'agit de millions d'entre elles..
La chaleur de vaporisation de l'eau à son point d'ébullition est 2260 J / g ou 40,7 kJ / mol. Que signifie? Que pour évaporer un gramme d'eau à 100 ° C, il faut 2260J (ou 40,7kJ pour évaporer une mole d'eau, soit environ 18g).
L'eau à la température du corps humain, 37 ° C, a un ΔHvap plus haute. Parce que? Parce que, comme le dit sa définition, l'eau doit être chauffée à 37 ° C jusqu'à ce qu'elle atteigne son point d'ébullition et s'évapore complètement; donc, ΔHvap est plus élevé (et encore plus lorsqu'il s'agit de températures froides).
Le ΔHvap d'éthanol à son point d'ébullition est de 855 J / g soit 39,3 kJ / mol. Notez qu'il est inférieur à celui de l'eau, car sa structure, CH3CHdeuxOH, il peut à peine former une liaison hydrogène. Cependant, il continue de figurer parmi les liquides présentant les points d'ébullition les plus élevés..
Le ΔHvap d'acétone est de 521 J / g ou 29,1 kJ / mol. Comme il reflète sa chaleur de vaporisation, c'est un liquide beaucoup plus volatil que l'eau ou l'éthanol, et donc il bout à une température plus basse (56 ° C)..
Parce que? Parce que ses molécules CH3LCO3 ne peut pas former de liaisons hydrogène et ne peut interagir que par des forces dipôle-dipôle.
Pour le cyclohexane, son ΔHvap il est de 358 J / g ou 30 kJ / mol. Il se compose d'un anneau hexagonal de formule C6H12. Ses molécules interagissent à travers les forces de dispersion de Londres, du fait qu'elles sont apolaires et manquent de moment dipolaire..
A noter que bien qu'il soit plus lourd que l'eau (84g / mol vs 18g / mol), ses forces de cohésion sont plus faibles.
Le ΔHvap de benzène, noyau hexagonal aromatique de formule C6H6, il est de 395 J / g ou 30,8 kJ / mol. Comme le cyclohexane, il interagit par des forces de diffusion; mais, il est également capable de former des dipôles et de déplacer la surface des anneaux (où leurs doubles liaisons sont délocalisées) sur d'autres.
Ceci explique pourquoi étant apolaire, et peu lourd, il a un ΔHvap relativement élevé.
Le ΔHvap le toluène est encore plus élevé que le benzène (33,18 kJ / mol). En effet, en plus de ce qui précède, ses groupes méthyle, -CH3 ils collaborent au moment dipolaire du toluène; car à leur tour, ils peuvent interagir par des forces de dispersion.
Et enfin, le ΔHvap de l'hexane est de 335 J / g ou 28,78 kJ / mol. Sa structure est CH3CHdeuxCHdeuxCHdeuxCHdeuxCH3, c'est-à-dire linéaire, contrairement à celui du cyclohexane, qui est hexagonal.
Bien que leurs masses moléculaires diffèrent très peu (86g / mol vs 84g / mol), la structure cyclique influence directement la manière dont les molécules interagissent. Étant un anneau, les forces de dispersion sont plus efficaces; par contre, dans la structure linéaire de l'hexane, ils sont plus "errants".
Les valeurs de ΔHvap pour l'hexane, ils sont en conflit avec ceux de l'acétone. En principe, comme l'hexane a un point d'ébullition plus élevé (81 ° C), il devrait avoir un ΔHvap plus gros que l'acétone, qui bout à 56 ° C.
La différence est que l'acétone a un capacité thermique supérieur à celui de l'hexane. Cela signifie que pour chauffer un gramme d'acétone de 30 ° C à 56 ° C et l'évaporer, il faut plus de chaleur que pour chauffer un gramme d'hexane de 30 ° C à sa température d'ébullition de 68 ° C..
Personne n'a encore commenté ce post.