Entalpie vaporizace - Enthalpy of vaporization

Teplotní závislost odpařovacích tepla na vodě, methanolu, benzenu a acetonu

Entalpie odpařování (symbol Δ H VAP ), také známý jako (latentní) výparného tepla nebo tepla odpařování , je množství energie ( entalpie ), která musí být přidána do kapalné látky transformovat množství této látky do plyn. Entalpie odpařování je funkcí tlaku, při kterém k této transformaci dochází.

Entalpie odpařování se často uvádí pro normální teplotu varu látky. Přestože jsou tabulkové hodnoty obvykle korigovány na 298  K , tato korekce je často menší než nejistota naměřené hodnoty.

Teplo odpařování je závislé na teplotě, i když pro malé teplotní rozsahy a pro sníženou teplotu lze předpokládat konstantní výparné teplo . Teplo odpařování se s rostoucí teplotou zmenšuje a v určitém bodě nazývaném kritická teplota ( ) zcela zmizí . Nad kritickou teplotou jsou kapalné a parní fáze nerozeznatelné a látka se nazývá superkritická tekutina .

Jednotky

Hodnoty jsou obvykle uváděny v J / mol nebo kJ/mol (molární entalpie odpařování), i když kJ/kg, nebo J/g (specifické odpařovací teplo) a starší jednotky jako kcal /mol, cal/g a Btu / lb se někdy ještě používají mezi ostatními.

Entalpie kondenzace

Entalpie kondenzace (nebo kondenzačního tepla ), je podle definice rovná výparné entalpie s nápisem opačným: entalpie změny odpařování jsou vždy kladná (teplo absorbováno látkou), vzhledem k tomu, entalpie změny kondenzace vždy negativní (teplo je látkou uvolňováno).

Termodynamické pozadí

Molární entalpie zinku nad 298,15  K a při  tlaku 1 atm, vykazující nespojitosti v bodech tání a varu. Entalpie tání (Δ H ° m) zinku je 7323  J/mol a entalpie vaporizace (Δ H ° v) je115 330  J/mol .

Entalpii vaporizace lze zapsat jako

To se rovná zvýšené vnitřní energii plynné fáze ve srovnání s kapalnou fází plus práci vykonanou proti tlaku okolí. Na nárůst vnitřní energie lze pohlížet jako na energii potřebnou k překonání intermolekulárních interakcí v kapalině (nebo pevné látce, v případě sublimace ). Proto helium má zvláště nízký entalpie odpařování, 0,0845 kJ / mol, jako jsou van der Waalsovy síly mezi helia atomy jsou velmi slabé. Na druhou stranu jsou molekuly v kapalné vodě drženy pohromadě relativně silnými vodíkovými vazbami a její entalpie odpařování, 40,65 kJ/mol, je více než pětinásobkem energie potřebné k ohřevu stejného množství vody od 0 ° C do 100 ° C ( c p  = 75,3 J/K · mol). Je však třeba dávat pozor při použití entalpií odpařování k měření síly mezimolekulárních sil, protože tyto síly mohou do určité míry přetrvávat v plynné fázi (jak je tomu u fluorovodíku ), a tak vypočítaná hodnota vazby síla bude příliš nízká. To platí zejména pro kovy, které často tvoří kovalentně vázané molekuly v plynné fázi: v těchto případech musí být k získání skutečné hodnoty energie vazby použita entalpie atomizace .

Alternativní popis je na entalpii kondenzace pohlížet jako na teplo, které musí být uvolněno do okolí, aby se kompenzoval pokles entropie, když plyn kondenzuje na kapalinu. Protože kapalina a plyn jsou v bodu varu ( T b ) v rovnováze , Δ v G  = 0, což vede k:

Protože se entropie ani entalpie v závislosti na teplotě příliš nemění, je normální použít tabulkové standardní hodnoty bez jakékoli korekce rozdílu teplot od 298 K. Pokud je tlak odlišný od 100  kPa , je nutné provést opravu , protože entropie plyn je úměrný jeho tlaku (nebo přesněji jeho prchavosti ): entropie kapalin se s tlakem mění jen málo, protože stlačitelnost kapaliny je malá.

Tyto dvě definice jsou ekvivalentní: bod varu je teplota, při které zvýšená entropie plynné fáze překonává mezimolekulární síly. Protože dané množství hmoty má vždy vyšší entropii v plynné fázi než v kondenzované fázi ( je vždy kladná) a od

,

Gibbsova volná energie změna klesá s rostoucí teplotou: plyny jsou výhodné při vyšších teplotách, jak je pozorováno v praxi.

Vaporizační entalpie roztoků elektrolytů

Odhad entalpie odpařování elektrolytových roztoků lze jednoduše provést pomocí rovnic založených na chemických termodynamických modelech, jako je Pitzerův model nebo TCPC model.

Vybrané hodnoty

Elementy

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Skupina  →
↓  Období
1 H0,44936 On0,0845
2 Li145,92 Být292,40 B489,7 C355,8 N.2,7928 Ó3,4099 F3,2698 Ne1,7326
3 Na96,96 Mg127,4 Al293,4 Si300 P12,129 S1,7175 Cl10.2 Ar6,447
4 K79,87 Ca153,6 Sc314,2 Ti421 PROTI452 Cr344,3 Mn226 Fe349,6 Co376,5 Ni370,4 Cu300,3 Zn115,3 Ga258,7 Ge330,9 Tak jako34,76 Se26.3 Br15,438 Kr9,029
5 Rb72,216 Sr144 Y363 Zr581,6 Pozn696,6 Mo598 Tc660 Ru595 Rh493 Pd357 Ag250,58 CD100 v231,5 Sn295,8 Sb77,14 Te52,55 20,752 Xe12,636
6 Čs67,74 Ba142 1 hvězdička Lunení k dispozici Hf575 Ta743 W824 Re715 Os627,6 Ir604 Pt510 Au334,4 Hg59,229 Tl164,1 Pb177,7 Bi104,8 Po60,1 Na27.2 Rn16.4
7 Frnení k dispozici Ra37 1 hvězdička Lrnení k dispozici Rfnení k dispozici Dbnení k dispozici Sgnení k dispozici Bhnení k dispozici Hsnení k dispozici Mtnení k dispozici Dsnení k dispozici Rgnení k dispozici Cnnení k dispozici Nhnení k dispozici Flnení k dispozici Mcnení k dispozici Lvnení k dispozici Tsnení k dispozici Ognení k dispozici

1 hvězdička Los Angeles414 Ce414 Prnení k dispozici Ndnení k dispozici Odpolednenení k dispozici Smnení k dispozici Eunení k dispozici Gdnení k dispozici Tbnení k dispozici Dynení k dispozici Honení k dispozici Ernení k dispozici Tmnení k dispozici Ybnení k dispozici
1 hvězdička Acnení k dispozici Th514,4 Panení k dispozici Unení k dispozici Npnení k dispozici Punení k dispozici Dopolednenení k dispozici Cmnení k dispozici Bknení k dispozici Srovnení k dispozici Esnení k dispozici Fmnení k dispozici Mdnení k dispozici Nenení k dispozici
 
Entalpie v kJ/mol, měřeno při příslušných normálních bodech varu
0–10 kJ/mol 10–100 kJ/mol 100–300 kJ/mol > 300 kJ/mol

Odpařování kovů je klíčovým krokem v syntéze kovových par , která využívá zvýšenou reaktivitu atomů kovů nebo malých částic vzhledem k objemovým prvkům.

Další běžné látky

Entalpie odpařování běžných látek, měřeno v příslušných standardních bodech varu:

Sloučenina Bod varu, za normálního tlaku Teplo odpařování
(K) (° C) (° F) ( J/mol ) (J/g)
Aceton 329 g 56 133 31300 538,9
Hliník 2792 2519 4566 294 000 10500
Amoniak 240 -33,34 −28 23350 1371
Butan 272–274 -1 30–34 21 000 320
Diethylether 307,8 34,6 94,3 26170 353,1
Ethanol 352 78,37 173 38600 841
Vodík ( parahydrogen ) 20,271 -252,879 −423,182 899,2 446,1
Žehlička 3134 2862 5182 340000 6090
Isopropylalkohol 356 82,6 181 44 000 732,2
Metan 112 −161 −259 8170 480,6
Methanol 338 64,7 148 35200 1104
Propan 231 −42 -44 15700 356
Fosfin 185 -87,7 −126 14 600 429,4
Voda 373,15 100 212 40660 2257

Viz také

Reference