Dampningsvarme Definition
Dampningsvarmen (∆Hvap), også kendt som fordampningsenthalpi, er defineret ved den mængde entalpi (varmeenergi), der er nødvendig for at omdanne et flydende stof til en gas eller damp. Den måles i joule pr. mol (J/mol) eller nogle gange i kalorier (C).
Forklaret dampningsvarme
Dampningsvarmen har altid en positiv værdi, fordi der altid tilføres enthalpi til et system for at fordampe en væske. Efterhånden som molekylerne får mere kinetisk energi, bliver de mere tilbøjelige til at adskille sig fra væsken og blive til en gas.
Den nødvendige forøgelse af den indre energi kan beskrives som den energi, der er nødvendig for at bryde de intermolekylære vekselvirkninger i væsken. Jo svagere bindingen mellem atomerne er, jo mindre energi er nødvendig for at bryde disse bindinger.
Den nødvendige energimængde er en funktion af det tryk, ved hvilket omdannelsen finder sted, og er temperaturafhængig. Jo varmere væsken i forvejen er, jo mindre energi er nødvendig. Ved højere tryk er der behov for mere energi. Der findes en kritisk temperatur, ved hvilken fordampningsvarmen forsvinder (Tr=1). Efter denne kritiske temperatur kan stoffet hverken skelnes som væske eller damp. I stedet bliver det kendt som en superkritisk væske.
I en opløsning, der indeholder både den flydende og den gasformige tilstand, er dampens kinetiske energi højere end væskens, fordi dampens partikler lettere kan flyde. Den øgede bevægelse i gaspartikler sammenlignet med væskepartikler skaber varme og tryk.
Formel for fordampningsvarme
En meget grundlæggende ligning til beregning af fordampningsvarmen er:
ΔHvap = Hvapor – Hliquid
Dette beregner forskellen i den indre energi i dampfasen sammenlignet med den flydende fase.
Denne ligning tager imidlertid ikke hensyn til den ekstra energi, som gaspartiklerne skal bruge for at skubbe sig tilbage mod det atmosfæriske tryk for at muliggøre den volumenforøgelse, der sker, når en væske koger.
En mere komplet ligning til beregning af fordampningsvarmen er derfor:
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
Hvor ΔUvap er forskellen i den indre energi mellem dampfasen og væskefasen (ΔUvap = Hvapor – Hliquid), og pΔV er det arbejde, der udføres mod det omgivende tryk.
Vandets fordampningsvarme
Vand har en høj specifik varme. Denne måling beskriver den mængde energi, der skal til for at hæve vandets temperatur med 1 grad Celsius. Som sådan har vand også en høj fordampningsvarme. Faktisk kræver det over 40.000 joule pr. mol at fordampe vand. Dette er ekstremt vigtigt for livet på Jorden.
Da størstedelen af Jorden består af vand, modvirkes store ændringer i den mængde solenergi, som Jorden modtager, af vand. Vand absorberer langsomt varme og afgiver varme, når der er mindre sol. Dette er med til at modvirke drastiske skift i temperaturen, som ville være ødelæggende for livet. Til sammenligning ville temperaturen svinge hurtigt, hvis verden hovedsageligt bestod af ethanol, fordi ethanol har en meget lavere fordampningsvarme og specifik varme.
Denne høje fordampningsvarme er imidlertid måske ikke i stand til at regulere temperaturen i lyset af menneskelige handlinger. Klimaændringer og især den globale opvarmning tilføjer masser af varme til atmosfæren. Selv om havet kan absorbere meget af denne varme, har det grænser. Når havet absorberer varme, udvider molekylerne sig desuden, når de absorberer varme. Denne ekspansion vil føre til en stor del af de oversvømmelser, som klimaforskerne i øjeblikket anslår.
Differencer i fordampningsvarmen
De vigtigste påvirkninger af fordampningsvarmen er interaktionerne mellem molekylerne i en opløsning. I en væske bevæger molekylerne sig forbi hinanden, men interagerer konstant med hinanden. Nogle danner hydrogenbindinger, mens andre stoffer danner andre typer af milde bindinger mellem molekylerne. Disse bindinger indeholder energi og holder væsken i en lavere energitilstand. Fordampningsvarmen beskriver, hvor meget energi der skal til for at adskille disse bindinger.
Vand har en høj fordampningsvarme, fordi der let dannes hydrogenbindinger mellem ilten i et molekyle og hydrogenerne i andre molekyler. Disse bindinger holder molekylerne sammen. For at få vand til at fordampe, skal man øge temperaturen for at få molekylerne til at bevæge sig hurtigere. På et vist tidspunkt vil molekylerne begynde at løsrive sig fra væsken og fordampe.
Metaller har en endnu højere fordampningsvarme. Mange metaller danner komplekse vekselvirkninger med andre metalatomer. Dette holder molekylerne endnu tættere sammen end vandmolekylerne. Som sådan er metallers fordampningsvarme meget højere end vands.