Определение теплоты испарения
Также известная как энтальпия испарения, теплота испарения (ΔHvap) определяется количеством энтальпии (тепловой энергии), которая требуется для превращения жидкого вещества в газ или пар. Он измеряется в джоулях на моль (Дж / моль) или иногда в калориях (C).
Тепло испарения объяснил
Тепло испарения всегда имеет положительное значение, потому что энтальпия всегда добавляется в систему для испарения жидкости. По мере того как молекулы приобретают больше кинетической энергии, они с большей вероятностью отделяются от жидкости и превращаются в газ.
Требуемое увеличение внутренней энергии можно описать как энергию, необходимую для разрыва межмолекулярных взаимодействий в жидкости. Чем слабее связь между атомами, тем меньше энергии требуется для разрыва этих связей.
Количество требуемой энергии зависит от давления, при котором происходит преобразование, и зависит от температуры. Чем горячее жидкость, тем меньше энергии требуется. При более высоких давлениях требуется больше энергии. Существует критическая температура, при которой теплота испарения исчезает (Tr = 1). После этой критической температуры вещество не различимо ни в виде жидкости, ни в виде пара. Вместо этого это становится известным как сверхкритическая жидкость.
В решение содержащий как жидкое, так и газообразное состояния, кинетическая энергия пара выше, чем у жидкости, потому что частицы пара могут течь легче. Увеличенное движение частиц газа по сравнению с частицами жидкости создает тепло и давление.
Формула Тепла Испарения
Очень простое уравнение для расчета теплоты испарения:
ΔHvap = Hvapor – Hliquid
Это вычисляет разницу во внутренней энергии паровой фазы по сравнению с жидкой фазой.
Однако это уравнение не учитывает дополнительную энергию, необходимую для того, чтобы частицы газа отталкивались от атмосферного давления, чтобы обеспечить увеличение объема при кипении жидкости.
Следовательно, более полное уравнение для расчета теплоты испарения:
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
Где ΔUvap – это разность внутренней энергии между паровой фазой и жидкой фазой (ΔUvap = Hvapor – Hliquid), а pΔV – работа, выполненная против давления окружающей среды.
Тепло испарения воды
Вода имеет высокую удельная теплоемкость, Это измерение описывает количество энергии, которое требуется для повышения температуры воды на 1 градус Цельсия. Как таковая, вода также имеет высокую температуру испарения. Фактически, для испарения воды требуется более 40000 Джоулей на моль. Это чрезвычайно важно для жизни на Земле.
Поскольку большая часть Земли состоит из воды, большое количество солнечной энергии, получаемой Землей, противодействует вода. Вода медленно поглощает тепло и выделяет тепло, когда солнца меньше. Это помогает противостоять резким изменениям температуры, которые могут иметь разрушительные последствия для жизни. Для сравнения, если бы мир состоял в основном из этанола, температура бы колебалась быстро, потому что этанол имеет гораздо меньшую теплоту испарения и удельную теплоемкость.
Однако такая высокая теплота испарения может не соответствовать задаче регулирования температуры перед лицом действий человека. Изменение климата и, в частности, глобальное потепление, добавляют много тепла в атмосферу. Хотя океан может поглощать большую часть этого тепла, у него есть пределы. Кроме того, когда океан поглощает тепло, молекулы расширяются. Это расширение приведет к значительной части наводнений, которые в настоящее время оцениваются климатологами.
Различия в теплоте испарения
Основным влиянием на теплоту испарения являются взаимодействия между молекулами в растворе. В жидкости молекулы движутся мимо друг друга, но постоянно взаимодействуют. Некоторые образуют водородные связи, в то время как другие вещества образуют другие типы мягких связей между молекулами. Эти связи содержат энергию и удерживают жидкость в состоянии с более низкой энергией. Теплота испарения описывает, сколько энергии необходимо для разделения этих связей.
Вода имеет высокую температуру испарения, потому что водородные связи легко образуются между кислородом одного молекула и водороды других молекул. Эти связи удерживают молекулы вместе. Чтобы заставить воду испаряться, вы должны увеличить температуру, чтобы молекулы двигались быстрее. В определенный момент молекулы начнут отделяться от жидкости и испаряться.
Металлы имеют еще более высокую температуру испарения. Многие металлы образуют сложные взаимодействия с другими атомами металлов. Это удерживает молекулы вместе даже сильнее, чем молекулы воды. Таким образом, теплота испарения металлов намного выше, чем у воды.