열 증발 또는 기화열은 액체 물질의 g는 일정 온도에서의 비점에서 흡수해야하는 에너지이고; 즉, 액체에서 기체 상태로의 전환을 완료하는 것입니다. 일반적으로 j / g 또는 cal / g 단위로 표시됩니다. 그리고 kJ / mol에서 증발의 몰 엔탈피에 대해 이야기 할 때.
이 개념은 생각보다 일상적입니다. 예를 들어, 증기 기관차와 같은 많은 기계는 수증기에서 방출되는 에너지로 작동합니다. 아래 이미지와 같이 많은 수증기가 지구 표면에서 하늘로 상승하는 것을 볼 수 있습니다.
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또한 피부의 땀 증발은 운동 에너지의 손실로 인해 식거나 상쾌합니다. 이는 온도 강하로 해석됩니다. 바람이 불면 땀방울에서 수증기를 더 빨리 제거하여 상쾌함이 증가합니다.
기화열은 물질의 양뿐만 아니라 화학적 특성에 따라 달라집니다. 특히 분자 구조 및 존재하는 분자간 상호 작용의 유형에 대해 설명합니다.
무엇으로 구성되어 있습니까?
기화열 (ΔH vap )은 액체의 응집력을 반영하는 물리적 변수입니다. 응집력은 액체 상태에서 분자 (또는 원자)를 함께 유지하는 힘으로 이해됩니다. 예를 들어, 휘발성 액체는 응집력이 약합니다. 물은 매우 강합니다.
한 액체가 다른 액체보다 휘발성이 높고 결과적으로 끓는점에서 완전히 증발하려면 더 많은 열이 필요한 이유는 무엇입니까? 대답은 분자간 상호 작용 또는 반 데르 발스 힘에 있습니다.
물질의 분자 구조와 화학적 정체성에 따라 분자간 상호 작용과 응집력의 크기가 달라집니다. 이를 이해하려면 ΔH vap 이 다른 여러 물질을 분석해야합니다 .
평균 운동 에너지
액체 내의 응집력은 매우 강할 수 없으며 그렇지 않으면 분자가 진동하지 않습니다. 여기서 "진동"은 액체에서 각 분자의 자유롭고 무작위적인 움직임을 의미합니다. 일부는 다른 것보다 느리거나 빠릅니다. 즉, 그들은 모두 동일한 운동 에너지를 가지고 있지 않습니다.
따라서 우리는 액체의 모든 분자에 대한 평균 운동 에너지를 말합니다. 그 분자들은 충분히 빠른 속도로 액체 속에있는 분자간 힘을 극복 할 수 있고 기체 상태로 빠져 나갈 것입니다. 표면에 있다면 더욱 그렇습니다.
운동 에너지가 높은 첫 번째 분자 M이 빠져 나가면 평균 운동 에너지를 다시 추정하면 감소합니다.
왜? 더 빠른 분자가 기체 상으로 빠져 나가면 더 느린 분자가 액체에 남아 있기 때문입니다. 분자 속도가 더 느리면 냉각이됩니다.
증기압
M 분자가 기체 상태로 빠져 나가면 액체로 돌아갈 수 있습니다. 그러나 액체가 환경에 노출되면 필연적으로 모든 분자가 빠져 나가는 경향이 있고 증발이 있었다고합니다.
액체가 밀폐 된 용기에 보관되면 액체-가스 평형이 형성 될 수 있습니다. 즉, 기체 분자가 떠나는 속도는 그들이 들어가는 속도와 동일합니다.
이 평형 상태에서 액체 표면에 기체 분자가 가하는 압력을 증기압이라고합니다. 용기가 열려 있으면 닫힌 용기의 액체에 작용하는 압력에 비해 압력이 낮아집니다.
증기압이 높을수록 액체의 휘발성이 높아집니다. 변동성이 높을수록 응집력이 약합니다. 따라서 정상적인 끓는점으로 증발하는 데 필요한 열이 적습니다. 즉, 증기압과 대기압이 같은 온도 인 760 torr 또는 1atm.
물의 기화열
물 분자는 유명한 수소 결합을 형성 할 수 있습니다 : H – O – H-OH 2 . 이 특별한 유형의 분자간 상호 작용은 3 개 또는 4 개의 분자를 고려하면 약하지만 수백만 개의 분자에 대해서는 매우 강합니다.
끓는점에서 물의 기화열은 2260 J / g 또는 40.7 kJ / mol 입니다. 무슨 뜻인가요? 100ºC에서 1g의 물을 증발 시키려면 2260J (또는 물 1 몰을 증발시키는 데 40.7kJ, 즉 약 18g)가 필요합니다.
체온 37ºC의 물은 ΔH vap 이 더 높습니다. 왜? 그 정의에서 알 수 있듯이 물은 끓는점에 도달하여 완전히 증발 할 때까지 37ºC로 가열해야합니다. 따라서 ΔH vap 이 더 높습니다 (저온에서는 훨씬 더 높습니다).
에탄올에서
끓는점에서 에탄올 의 ΔH vap 은 855 J / g 또는 39.3 kJ / mol입니다. 그 구조 인 CH 3 CH 2 OH는 수소 결합을 거의 형성 할 수 없기 때문에 물보다 열등합니다 . 그러나 끓는점이 가장 높은 액체 중에서 계속 순위가 매겨집니다.
아세톤에서
아세톤 의 ΔH vap 은 521 J / g 또는 29.1 kJ / mol입니다. 기화열을 반사하기 때문에 물이나 에탄올보다 훨씬 더 휘발성이 강한 액체이므로 더 낮은 온도 (56ºC)에서 끓습니다.
왜? CH 3 OCH 3 분자 는 수소 결합을 형성 할 수 없으며 쌍극자-쌍극자 힘을 통해서만 상호 작용할 수 있기 때문입니다.
시클로 헥산의
시클로 헥산의 경우 ΔH vap 은 358J / g 또는 30kJ / mol입니다. 그것은 공식 C 6 H 12 의 육각형 링으로 구성됩니다 . 분자는 무극성이고 쌍극자 모멘트가 없기 때문에 런던 산란 력을 통해 상호 작용합니다.
물보다 무겁지만 (84g / mol vs 18g / mol) 응집력은 더 낮습니다.
벤젠
화학식 C 6 H 6을 갖는 방향족 육각 고리 인 벤젠 의 ΔH vap 은 395 J / g 또는 30.8 kJ / mol입니다. 시클로 헥산과 마찬가지로 분산력을 통해 상호 작용합니다. 그러나 그것은 또한 쌍극자를 형성하고 고리의 표면 (이중 결합이 비편 재화되어있는 곳)을 다른 곳으로 재배치 할 수 있습니다.
이것은 무극성이고 그다지 무겁지 않은 이유가 상대적으로 높은 ΔH vap을 갖는 이유를 설명합니다 .
톨루엔에서
톨루엔 의 ΔH vap 은 벤젠 (33.18 kJ / mol)보다 훨씬 높습니다. 이 사실로 인해, 즉 상기 해당 메틸기 이외에도, -CH 3 톨루엔의 쌍극자 모멘트의 공동; 또한 분산력에 의해 상호 작용할 수 있습니다.
헥산
그리고 마지막 으로 헥산 의 ΔH vap 은 335 J / g 또는 28.78 kJ / mol입니다. 구조는 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , 즉 육각형 인 시클로 헥산의 구조와 달리 선형입니다.
분자 질량은 매우 작지만 (86g / mol 대 84g / mol) 순환 구조는 분자가 상호 작용하는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 링이기 때문에 분산력이 더 효과적입니다. 반면에, 그들은 헥산의 선형 구조에서 더 "잘못된"것입니다.
헥산 의 ΔH vap 값 은 아세톤의 값 과 충돌합니다. 더 높은 비등점 (81ºC)를 갖기 때문에 원리 헥산으로하는 있어야 큰 ΔH의 VAP 56ºC에서 끓는 아세톤 이하인.
차이점은 아세톤이 헥산보다 열용량이 높다는 것입니다. 즉, 아세톤 1 그램을 30 ° C에서 56 ° C로 가열하고 증발 시키려면 헥산 1 그램을 30 ° C에서 끓는점 68 ° C까지 가열하는 데 사용되는 것보다 더 많은 열이 필요합니다.
참고 문헌
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