加熱気化または蒸発熱は、液体物質のグラムを一定温度でのその沸点で吸収しなければならないことエネルギーです。つまり、液相から気相への移行を完了するためです。通常、j / gまたはcal / gの単位で表されます。気化のモルエンタルピーについて話すとき、kJ / molで。
このコンセプトは、思ったよりも日常的です。たとえば、蒸気機関車などの多くの機械は、水蒸気によって放出されるエネルギーを処理します。下の画像のように、大量の蒸気が地球の表面で空に向かって上昇しているのを見ることができます。
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また、運動エネルギーの損失により、皮膚の汗の気化が冷却またはリフレッシュされます。これは温度の低下につながります。そよ風が吹くと、汗の滴から水蒸気をより素早く取り除くので、清涼感が増します。
気化熱は物質の量だけでなく、その化学的性質にも依存します。特に、分子構造、および存在する分子間相互作用のタイプ。
それは何で構成されていますか？
気化熱（ΔHvap）は、液体の凝集力を反映する物理変数です。凝集力は、液相で分子（または原子）を保持する力と理解されています。たとえば、揮発性の液体は凝集力が弱い。水のそれはとても強いです。
ある液体が別の液体よりも揮発性が高く、その結果、その沸点で完全に蒸発するためにより多くの熱を必要とするのはなぜですか？答えは、分子間相互作用またはファンデルワールス力にあります。
物質の分子構造と化学的同一性に応じて、その分子間相互作用、およびその凝集力の大きさは異なります。これを理解するには、異なるΔHvapを持つ異なる物質を分析する必要があります。
平均運動エネルギー
液体内の凝集力は非常に強くすることはできません。ここで、「振動」とは、液体中の各分子の自由でランダムな動きを指します。他のものよりも遅い、または速いものもあります。つまり、すべてが同じ運動エネルギーを持っているわけではありません。
したがって、液体のすべての分子の平均運動エネルギーについて説明します。それらの分子は十分に速く、それを液体中に保持する分子間力に打ち勝ち、気相に脱出することができます。それらが表面上にある場合、さらにそうです。
運動エネルギーが高い最初の分子Mが脱出すると、平均運動エネルギーが再び推定されると、減少します。
どうして？より速い分子が気相に脱出するとき、より遅い分子が液体に残るからです。分子の速度が遅いほど、冷却と同じです。
蒸気圧
M分子が気相に脱出すると、それらは液体に戻ることができます。しかし、液体が環境にさらされると、必然的にすべての分子が脱出する傾向があり、蒸発があったとされています。
液体が密閉容器に保持されている場合、気液平衡を確立できます。つまり、気体分子が出る速度は、それらが入る速度と同じになります。
この平衡状態で気体分子が液体の表面に及ぼす圧力は、蒸気圧として知られています。容器が開いている場合、圧力は、閉じた容器内の液体に作用する圧力と比較して低くなります。
蒸気圧が高いほど、液体の揮発性が高くなります。揮発性が高いため、結合力は弱くなります。したがって、通常の沸点まで蒸発させるのに必要な熱は少なくなります。つまり、蒸気圧と大気圧が等しくなる温度は、760トールまたは1 atmです。
水の気化熱
水分子は、H – O – H-OH 2という有名な水素結合を形成できます。この特別なタイプの分子間相互作用は、3つまたは4つの分子を考えると弱いですが、数百万の分子に関しては非常に強力です。
沸点での水の気化熱は2260 J / gまたは40.7 kJ / molです。どういう意味ですか？100ºCで1グラムの水を蒸発させるには、2260J（または1モルの水を蒸発させるために40.7kJ、つまり約18g）が必要です。
人体温度37° Cの水は、ΔHvapが高くなります。どうして？その定義が言うように、水は沸点に達して完全に蒸発するまで37℃に加熱する必要があるためです。したがって、ΔHvapは高くなります（低温になるとさらに高くなります）。
エタノールから
ΔHのVAPその沸点でのエタノールのは855 J / g以上39.3キロジュール/モルです。なお、CH 3 CH 2 OHの構造は水素結合を形成しにくいため、水に比べると劣ります。ただし、沸点が最も高い液体の中でランク付けされ続けています。
アセトンから
ΔHのVAPアセトンは521 J / g以上29.1キロジュール/モルです。気化熱を反映するため、水やエタノールよりも揮発性の高い液体であり、低温（56℃）で沸騰します。
どうして？そのCH 3 OCH 3分子は水素結合を形成できず、双極子間相互作用によってのみ相互作用できるためです。
シクロヘキサンの
シクロヘキサンの場合、そのΔHvapは358 J / gまたは30 kJ / molです。これは、式C 6 H 12の六角形のリングで構成されています。それらの分子は無極性で双極子モーメントがないため、ロンドンの散乱力を介して相互作用します。
水より重い（84g / mol対18g / mol）が、凝集力は低いことに注意してください。
ベンゼンの
ΔHのVAPベンゼンの、式Cを有する芳香族六角形環6 H 6は、395 J / g以上30.8キロジュール/モルです。シクロヘキサンと同様に、分散力を介して相互作用します。しかし、双極子を形成し、リングの表面（二重結合が非局在化されている）を他の表面に再配置することもできます。
これは持っている、無極性であること、理由を説明し、非常に重いではない、比較的高いΔHのVAPを。
トルエンから
ΔHのVAPトルエンはさらに高いベンゼン（33.18キロジュール/モル）よりなります。これは、前述のメチル基に加えて、-CH 3がトルエンの双極子モーメントで協働するためです。同様に、それらは分散力によって相互作用することができます。
ヘキサンの
そして最後に、ΔHのVAPヘキサンは335 J / g以上28.78キロジュール/モルです。その構造はCH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3です。これは、六角形であるシクロヘキサンの構造とは異なり、線形です。
それらの分子量はほとんど異なりませんが（86g / mol対84g / mol）、環状構造は分子の相互作用の仕方に直接影響します。リングであるため、分散力はより効果的です。一方、それらはヘキサンの線状構造ではより「異常」です。
ヘキサンのΔHvap値はアセトンの値と矛盾します。より高い沸点（81ºC）を有しているので、原則、ヘキサン中、有していなければならない大きいΔHのVAP 56ºCで沸騰アセトンよりを、。
違いは、アセトンの方がヘキサンよりも熱容量が大きいことです。これは、1グラムのアセトンを30°Cから56°Cに加熱して蒸発させるには、1グラムのヘキサンを30°Cからその沸点68°Cに加熱するために使用するよりも多くの熱を必要とすることを意味します。
参考文献
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