Căldura de vaporizare Definiție
Cunoscută și sub numele de entalpie de vaporizare, căldura de vaporizare (∆Hvap) este definită prin cantitatea de entalpie (energie termică) necesară pentru a transforma o substanță lichidă în gaz sau vapori. Se măsoară în Jouli pe mol (J/mol) sau, uneori, în Calorii (C).
Căldura de vaporizare explicată
Căldura de vaporizare are întotdeauna o valoare pozitivă deoarece entalpia este întotdeauna adăugată unui sistem pentru a vaporiza un lichid. Pe măsură ce moleculele capătă mai multă energie cinetică, este mai probabil ca ele să se separe de lichid și să devină gaz.
Creșterea necesară a energiei interne poate fi descrisă ca fiind energia necesară pentru a rupe interacțiunile intermoleculare din lichid. Cu cât este mai slabă legătura dintre atomi, cu atât este nevoie de mai puțină energie pentru a rupe acele legături.
Cantitatea de energie necesară este funcție de presiunea la care are loc transformarea și depinde de temperatură. Cu cât lichidul este deja mai fierbinte, cu atât mai puțină energie este necesară. La presiuni mai mari, este nevoie de mai multă energie. Există o temperatură critică la care căldura de vaporizare dispare (Tr=1). După această temperatură critică, substanța nu se poate distinge nici ca lichid, nici ca vapori. În schimb, devine cunoscută sub denumirea de fluid supercritic.
Într-o soluție care conține atât starea lichidă, cât și cea gazoasă, energia cinetică a vaporilor este mai mare decât cea a lichidului, deoarece particulele de vapori sunt capabile să curgă mai ușor. Mișcarea mai mare a particulelor de gaz în comparație cu particulele de lichid creează căldură și presiune.
Formula căldurii de vaporizare
O ecuație foarte elementară pentru a calcula căldura de vaporizare este:
ΔHvap = Hvapor – Hlichid
Aceasta calculează diferența de energie internă a fazei de vapori în comparație cu cea a fazei lichide.
Cu toate acestea, această ecuație nu ia în considerare energia suplimentară necesară pentru ca particulele de gaz să împingă înapoi împotriva presiunii atmosferice pentru a permite creșterea de volum atunci când un lichid fierbe.
În consecință, o ecuație mai completă pentru a calcula căldura de vaporizare este:
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
Unde ΔUvap este diferența de energie internă dintre faza de vapori și faza lichidă (ΔUvap = Hvapor – Hlichid), iar pΔV este lucrul efectuat împotriva presiunii ambientale.
Căldura de vaporizare a apei
Apa are o căldură specifică ridicată. Această măsură descrie cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura apei cu 1 grad Celsius. Ca atare, apa are, de asemenea, o căldură de vaporizare ridicată. De fapt, apa are nevoie de peste 40.000 de jouli pe mol pentru a se vaporiza. Acest lucru este extrem de important pentru viața pe Pământ.
Din moment ce cea mai mare parte a Pământului este formată din apă, schimbările mari în cantitatea de energie solară pe care o primește Pământul sunt contracarate de apă. Apa absoarbe încet căldura și eliberează căldură atunci când este mai puțin soare. Acest lucru ajută la contracararea schimbărilor drastice de temperatură, care ar fi devastatoare pentru viață. Prin comparație, dacă lumea ar fi alcătuită în cea mai mare parte din etanol, temperatura ar fluctua rapid, deoarece etanolul are o căldură de vaporizare și o căldură specifică mult mai mici.
Cu toate acestea, este posibil ca această căldură mare de vaporizare să nu fie la înălțimea sarcinii de a regla temperatura în fața acțiunilor umane. Schimbările climatice, și în special încălzirea globală, adaugă multă căldură în atmosferă. Deși oceanul poate absorbi o mare parte din această căldură, acesta are limite. Mai mult, pe măsură ce oceanul absoarbe căldură, moleculele se extind. Această expansiune va duce la o mare parte din inundațiile estimate în prezent de oamenii de știință în domeniul climei.
Diferențe în căldura de vaporizare
Principalele influențe asupra căldurii de vaporizare sunt interacțiunile dintre moleculele dintr-o soluție. Într-un lichid, moleculele se deplasează unele pe lângă altele, dar interacționează în mod constant. Unele formează legături de hidrogen, în timp ce alte substanțe formează alte tipuri de legături ușoare între molecule. Aceste legături conțin energie și mențin lichidul într-o stare de energie inferioară. Căldura de vaporizare descrie câtă energie este necesară pentru a separa aceste legături.
Apa are o căldură de vaporizare ridicată deoarece legăturile de hidrogen se formează ușor între oxigenul unei molecule și hidrogenii altor molecule. Aceste legături mențin moleculele împreună. Pentru a face ca apa să se vaporizeze, trebuie să creșteți temperatura pentru a face ca moleculele să se miște mai repede. La un anumit punct, moleculele vor începe să se desprindă din lichid și să se vaporizeze.
Metalele au o căldură de vaporizare și mai mare. Multe metale formează interacțiuni complexe cu alți atomi de metal. Acest lucru ține moleculele împreună chiar mai strâns decât moleculele de apă. Ca atare, căldura de vaporizare a metalelor este mult mai mare decât cea a apei.
.