Энтальпия испарения - Enthalpy of vaporization

Температурная зависимость теплоты испарения воды, метанола, бензола и ацетона

Энтальпия испарения (символ Δ Н VAP ), также известное как (латентный) теплота испарения или теплоты испарения , это количество энергии ( энтальпия ) , который должен быть добавлен к жидкой субстанции , чтобы превратить количество этого вещества в газ. Энтальпия парообразования является функцией давления, при котором происходит это преобразование.

Энтальпия испарения часто приводится для нормальной температуры кипения вещества. Хотя табличные значения обычно корректируются до 298  K , эта поправка часто меньше, чем погрешность измеренного значения.

Теплота парообразования зависит от температуры, хотя можно предположить постоянную теплоту парообразования для небольших диапазонов температур и для пониженной температуры . Теплота испарения уменьшается с повышением температуры и полностью исчезает в определенной точке, называемой критической температурой ( ). Выше критической температуры жидкая и паровая фазы неразличимы, и вещество называется сверхкритической жидкостью .

Единицы

Значения обычно указываются в Дж / моль или кДж / моль (молярная энтальпия испарения), хотя кДж / кг или Дж / г (удельная теплота испарения) и более старые единицы, такие как ккал / моль, кал / г и британские тепловые единицы / lb иногда все еще используются среди других.

Энтальпия конденсации

Энтальпия конденсации (или теплоты конденсации ) по определению равна энтальпии парообразования с противоположным знаком: энтальпии испарения всегда положительны (тепло поглощается веществом), тогда как энтальпия изменение конденсации всегда отрицательно (тепло выделяется веществом).

Термодинамический фон

Молярная энтальпия цинка выше 298,15  К и при  давлении 1 атм, демонстрируя разрывы в точках плавления и кипения. Энтальпия плавления (Δ H ° m) цинка составляет 7323  Дж / моль, а энтальпия испарения (Δ H ° v) равна115 330  Дж / моль .

Энтальпию испарения можно записать как

Он равен увеличенной внутренней энергии паровой фазы по сравнению с жидкой фазой плюс работа, выполняемая против давления окружающей среды. Увеличение внутренней энергии можно рассматривать как энергию, необходимую для преодоления межмолекулярных взаимодействий в жидкости (или твердом теле в случае сублимации ). Следовательно, гелий имеет особенно низкую энтальпию испарения, 0,0845 кДж / моль, поскольку силы Ван-дер-Ваальса между атомами гелия особенно слабы. С другой стороны, молекулы жидкой воды удерживаются вместе относительно прочными водородными связями , а ее энтальпия испарения, 40,65 кДж / моль, более чем в пять раз превышает энергию, необходимую для нагрева того же количества воды от 0 ° C до 100 ° C ( c p  = 75,3 Дж / К · моль). Однако следует соблюдать осторожность при использовании энтальпий парообразования для измерения силы межмолекулярных сил, поскольку эти силы могут сохраняться до некоторой степени в газовой фазе (как в случае с фтористым водородом ), и поэтому расчетное значение связи сила будет слишком низкой. Это особенно верно для металлов, которые часто образуют ковалентно связанные молекулы в газовой фазе: в этих случаях для получения истинного значения энергии связи необходимо использовать энтальпию атомизации .

Альтернативное описание состоит в том, чтобы рассматривать энтальпию конденсации как тепло, которое должно выделяться в окружающую среду, чтобы компенсировать падение энтропии, когда газ конденсируется в жидкость. Поскольку жидкость и газ находятся в равновесии в точке кипения ( T b ), Δ v G  = 0, что приводит к:

Поскольку ни энтропия, ни энтальпия сильно не меняются с температурой, нормально использовать табличные стандартные значения без какой-либо поправки на разницу в температуре от 298 К. Если давление отличается от 100  кПа , необходимо внести поправку в качестве энтропии Газ пропорционален его давлению (или, точнее, его летучести ): энтропии жидкостей мало меняются с давлением, так как сжимаемость жидкости мала.

Эти два определения эквивалентны: точка кипения - это температура, при которой повышенная энтропия газовой фазы преодолевает межмолекулярные силы. Поскольку данное количество вещества всегда имеет более высокую энтропию в газовой фазе, чем в конденсированной фазе ( всегда положительна), и от

,

изменение свободной энергии Гиббса падает с повышением температуры: газы предпочтительнее при более высоких температурах, что и наблюдается на практике.

Энтальпия испарения растворов электролитов

Оценка энтальпии испарения растворов электролитов может быть просто выполнена с использованием уравнений, основанных на химических термодинамических моделях, таких как модель Питцера или модель TCPC.

Выбранные значения

Элементы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Группа  →
↓  Период
1 ЧАС0,44936 Он0,0845
2 Ли145,92 Быть292,40 B489,7 C355,8 N2,7928 О3,4099 F3,2698 Ne1,7326
3 Na96,96 Mg127,4 Al293,4 Si300 п12,129 S1,7175 Cl10.2 Ar6,447
4 K79,87 Ca153,6 Sc314,2 Ti421 V452 Cr344,3 Mn226 Fe349,6 Co376,5 Ni370,4 Cu300,3 Zn115,3 Ga258,7 Ge330,9 В качестве34,76 Se26,3 Br15,438 Kr9,029
5 Руб.72,216 Sr144 Y363 Zr581,6 Nb696,6 Пн598 Tc660 RU595 Rh493 Pd357 Ag250,58 CD100 В231,5 Sn295,8 Sb77,14 Te52,55 я20,752 Xe12,636
6 CS67,74 Ба142 1 звездочка Лун / д Hf575 Та743 W824 Re715 Операционные системы627,6 Ir604 Pt510 Au334,4 Hg59,229 Tl164,1 Pb177,7 Би104,8 По60,1 В27,2 Rn16,4
7 Птн / д Ра37 1 звездочка Lrн / д Rfн / д Dbн / д Sgн / д Bhн / д Hsн / д Mtн / д Dsн / д Rgн / д Cnн / д Nhн / д Flн / д Mcн / д Ур.н / д Цн / д Ogн / д

1 звездочка Ла414 Ce414 Prн / д Ndн / д Вечеран / д Смн / д ЕСн / д Б-гн / д Tbн / д Dyн / д Хон / д Эн / д Тмн / д Ybн / д
1 звездочка Acн / д Чт514,4 Пан / д Uн / д Npн / д Пун / д Являюсьн / д Смн / д Bkн / д Cfн / д Esн / д FMн / д Мкрн / д Нетн / д
 
Энтальпия в кДж / моль, измеренная при их соответствующих нормальных точках кипения
0–10 кДж / моль 10–100 кДж / моль 100–300 кДж / моль > 300 кДж / моль

Испарение металлов является ключевым этапом в синтезе паров металлов , в котором используется повышенная реакционная способность атомов металла или мелких частиц по сравнению с объемными элементами.

Другие распространенные вещества

Энтальпии испарения обычных веществ, измеренные при их соответствующих стандартных точках кипения:

Сложный Температура кипения при нормальном давлении Теплота испарения
(К) (° C) (° F) ( Дж / моль ) (Дж / г)
Ацетон 329 г 56 133 31 300 538,9
Алюминий 2792 2519 4566 294000 10500
Аммиак 240 -33,34 −28 23350 1371
Бутан 272–274 −1 30–34 21000 320
Диэтиловый эфир 307,8 34,6 94,3 26170 353,1
Спирт этиловый 352 78,37 173 38600 841
Водород ( параводород ) 20 271 -252,879 -423,182 899,2 446,1
Железо 3134 2862 5182 340000 6090
Изопропиловый спирт 356 82,6 181 44000 732,2
Метан 112 −161 −259 8170 480,6
Метанол 338 64,7 148 35200 1104
Пропан 231 -42 -44 15700 356
Фосфин 185 -87,7 −126 14600 429,4
Воды 373,15 100 212 40660 2257

Смотрите также

использованная литература