वाष्पीकरण की गर्मी: पानी, इथेनॉल, एसीटोन, साइक्लोहेक्सेन से - रसायन विज्ञान - 2025

वाष्पीकरण की ऊष्मा वाष्पीकरण या तापीय धारिता वह ऊर्जा है जिसे तरल पदार्थ के एक ग्राम को निरंतर तापमान पर अपने क्वथनांक में अवशोषित करना चाहिए; वह है, तरल से गैस चरण में संक्रमण को पूरा करना। यह आमतौर पर इकाइयों में व्यक्त किया जाता है j / g या cal / g; और केजे / मोल में, जब वाष्पीकरण की दाढ़ की थैली के बारे में बात करते हैं।

यह अवधारणा जितनी प्रतीत होती है, उससे अधिक रोज़ की है। उदाहरण के लिए, कई मशीनें, जैसे भाप ट्रेनें, जल वाष्प द्वारा जारी ऊर्जा पर काम करती हैं। नीचे की छवि की तरह, वाष्प के बड़े द्रव्यमान को पृथ्वी की सतह पर बढ़ते देखा जा सकता है।

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साथ ही, गतिज ऊर्जा के नुकसान के कारण त्वचा पर पसीने का वाष्पीकरण ठंडा या ताज़ा हो जाता है; जो तापमान में गिरावट में तब्दील हो जाता है। हवा के झोंके आने पर ताजगी का अहसास बढ़ता है, क्योंकि यह पसीने की बूंदों से जल वाष्प को अधिक तेजी से हटाता है।

वाष्पीकरण की गर्मी न केवल पदार्थ की मात्रा पर निर्भर करती है, बल्कि इसके रासायनिक गुणों पर भी निर्भर करती है; विशेष रूप से, आणविक संरचना, और इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के प्रकार मौजूद हैं।

इसमें क्या शामिल होता है?

वाष्पीकरण की गर्मी (vH _vap) एक भौतिक चर है जो तरल के सामंजस्य बलों को दर्शाता है। सामंजस्य बलों को समझा जाता है कि वे तरल चरण में अणुओं (या परमाणुओं) को एक साथ रखते हैं। अस्थिर तरल पदार्थ, उदाहरण के लिए, कमजोर सामंजस्य बल है; जबकि पानी के वे बहुत मजबूत हैं।

क्या कारण है कि एक तरल दूसरे की तुलना में अधिक अस्थिर है और इसके परिणामस्वरूप, उसे उबलते बिंदु पर पूरी तरह से वाष्पित होने के लिए अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है? उत्तर इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन या वैन डेर वाल्स बलों में निहित है।

आणविक संरचना और पदार्थ की रासायनिक पहचान के आधार पर, इसकी अंतर-आणविक बातचीत अलग-अलग होती है, साथ ही साथ इसकी सामंजस्यपूर्ण शक्तियों का परिमाण भी। इसे समझने के लिए अलग-अलग ΔH _{vap वाले} अलग-अलग पदार्थों का विश्लेषण करना होगा ।

औसत गतिज ऊर्जा

एक तरल के भीतर सामंजस्य बल बहुत मजबूत नहीं हो सकता है, अन्यथा इसके अणु कंपन नहीं करेंगे। यहां, "कंपन" तरल में प्रत्येक अणु के मुक्त और यादृच्छिक आंदोलन को संदर्भित करता है। कुछ धीमे चलते हैं, या दूसरों की तुलना में तेज़ होते हैं; यही है, वे सभी एक ही गतिज ऊर्जा नहीं है।

इसलिए, हम तरल के सभी अणुओं के लिए एक औसत गतिज ऊर्जा की बात करते हैं। वे अणु जो पर्याप्त रूप से उपवास करते हैं, वे तरल में धारण करने वाली अंतर-आणविक शक्तियों को दूर करने में सक्षम होंगे, और गैसीय चरण में बच जाएंगे; इससे भी अधिक, अगर वे सतह पर हैं।

एक बार उच्च गतिज ऊर्जा वाला पहला अणु एम बच जाता है, जब औसत गतिज ऊर्जा का फिर से अनुमान लगाया जाता है, तो यह घट जाती है।

क्यों? क्योंकि जैसे ही तेज अणु गैस चरण में बचते हैं, वैसे ही धीमे तरल में रहते हैं। उच्च आणविक धीमापन शीतलन के बराबर होता है।

वाष्प दबाव

चूंकि एम अणु गैस चरण में बच जाते हैं, वे तरल में वापस आ सकते हैं; हालांकि, यदि तरल पर्यावरण के संपर्क में है, तो अनिवार्य रूप से सभी अणु बच जाएंगे और यह कहा जाता है कि वाष्पीकरण हुआ था।

यदि तरल को एक सीरमयुक्त कंटेनर में रखा जाता है, तो एक तरल-गैस संतुलन स्थापित किया जा सकता है; अर्थात्, गैसीय अणुओं को छोड़ने की गति वही होगी जिसके साथ वे प्रवेश करते हैं।

इस संतुलन में तरल की सतह पर गैस के अणुओं द्वारा डाला गया दबाव वाष्प दबाव के रूप में जाना जाता है। यदि कंटेनर खुला है, तो बंद कंटेनर में तरल पर अभिनय करने की तुलना में दबाव कम होगा।

वाष्प का दबाव जितना अधिक होता है, तरल उतना ही अधिक अस्थिर होता है। अधिक अस्थिर होने के नाते, कमजोर इसके सामंजस्य की ताकत हैं। और इसलिए इसकी सामान्य क्वथनांक के लिए इसे कम करने के लिए कम गर्मी की आवश्यकता होगी; वह तापमान, जिस पर वाष्प का दबाव और वायुमंडलीय दबाव बराबर होता है, 760 torr या 1atm।

पानी के वाष्पीकरण की गर्मी

पानी के अणु प्रसिद्ध हाइड्रोजन बांड बना सकते हैं: एच - ओ - एच-ओएच ₂ । यह विशेष प्रकार की इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन, हालांकि कमजोर है अगर आप तीन या चार अणुओं पर विचार करते हैं, तो यह लाखों लोगों के सामने आता है।

इसके क्वथनांक पर पानी के वाष्पीकरण की गर्मी 2260 J / g या 40.7 kJ / mol है । इसका क्या मतलब है? 100 youC पर पानी के एक ग्राम को वाष्पित करने के लिए आपको 2260J (या 40.7kJ पानी की एक मात्रा को वाष्पित करने की आवश्यकता होती है, यानी 18g के आसपास)।

मानव शरीर के तापमान पर पानी, 37ºC, एक उच्च apH _{वाष्प है} । क्यों? क्योंकि, जैसा कि इसकी परिभाषा कहती है, पानी को 37 untilC तक गर्म किया जाना चाहिए जब तक कि यह अपने उबलते बिंदु तक नहीं पहुंचता और पूरी तरह से वाष्पित हो जाता है; इसलिए whenH _{वीएपी} अधिक होता है (और तब भी अधिक होता है जब यह ठंडे तापमान पर आता है)।

इथेनॉल से

इसके क्वथनांक पर इथेनॉल का ilingH _{वाष्प} 855 J / g या 39.3 kJ / mol है। ध्यान दें कि यह पानी से हीन है, क्योंकि इसकी संरचना, सीएच ₃ सीएच ₂ ओएच, शायद ही हाइड्रोजन बंधन बना सकती है। हालांकि, यह सबसे अधिक क्वथनांक वाले तरल पदार्थों के बीच रैंक जारी रखता है।

एसीटोन से

एसीटोन का 21H _{वाष्प} 521 J / g या 29.1 kJ / mol है। चूंकि यह वाष्पीकरण की अपनी गर्मी को दर्शाता है, यह पानी या इथेनॉल की तुलना में बहुत अधिक वाष्पशील तरल है, और इसलिए कम तापमान (56 temperatureC) पर उबलता है।

क्यों? क्योंकि इसके CH ₃ OCH ₃ अणु हाइड्रोजन बांड नहीं बना सकते हैं और केवल द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय बलों के माध्यम से बातचीत कर सकते हैं।

साइक्लोहेक्सेन का

साइक्लोहेक्सेन के लिए, इसका ycH _vap 358 J / g या 30 kJ / mol है। इसमें सूत्र ₆ C ₁₂ H के साथ एक षट्कोणीय वलय होता है । इसके अणु लंदन बिखरने वाली ताकतों के माध्यम से बातचीत करते हैं, क्योंकि वे एपोलर हैं और एक द्विध्रुवीय क्षण का अभाव है।

ध्यान दें कि यद्यपि यह पानी से भारी है (84g / mol बनाम 18g / mol), इसके सामंजस्य बल कम हैं।

बेंजीन का

बेंजीन का aromH _वाप, सूत्र C ₆ H _{6 के} साथ एक सुगंधित षट्कोणीय वलय, 395 J / g या 30.8 kJ / mol है। साइक्लोहेक्सेन की तरह, यह फैलाव बलों के माध्यम से बातचीत करता है; लेकिन, यह द्विध्रुव बनाने में और रिंगों की सतह (जहां उनके दोहरे बंधनों को मुखर किया गया है) को स्थानांतरित करने में भी सक्षम है।

यही कारण है, अध्रुवी जा रहा है, और न बहुत भारी है, यह एक है अपेक्षाकृत उच्च ΔH _VAP ।

टोल्यूनि से

ΔH _VAP टोल्यूनि के भी उच्च बेंजीन की तुलना में (33.18 केजे / मोल) है। यह इस तथ्य के कारण है कि, उल्लिखित के अलावा, इसके मिथाइल समूह, -CH ₃ टोल्यूनि के द्विध्रुवीय क्षण पर सहयोग करते हैं; साथ ही, वे फैलाव बलों द्वारा बातचीत कर सकते हैं।

हेक्सेन का

और अंत में, हेक्सेन का vH _{वाष्प} 335 J / g या 28.78 kJ / mol है। इसकी संरचना सीएच ₃ सीएच ₂ सीएच ₂ सीएच ₂ सीएच ₂ सीएच _{3 है}, जो कि साइक्लोहेक्सेन के विपरीत रैखिक कहने के लिए है, जो हेक्सागोनल है।

यद्यपि उनके आणविक द्रव्यमान बहुत कम (86g / mol बनाम 84g / mol) भिन्न होते हैं, चक्रीय संरचना सीधे उस तरीके को प्रभावित करती है जिसमें अणु बातचीत करते हैं। एक अंगूठी होने के नाते, फैलाव बल अधिक प्रभावी हैं; दूसरी ओर, वे हेक्सेन की रैखिक संरचना में अधिक "गलत" हैं।

एसीटोन के लिए उन लोगों के साथ हेक्सेन संघर्ष के लिए ΔH _{वीएपी} मान । सिद्धांत, हेक्सेन में, क्योंकि यह एक उच्च उबलते बिंदु (81ºC) है, एक होना चाहिए बड़ा ΔH _VAP जो 56ºC पर फोड़े एसीटोन से,।

अंतर यह है कि एसीटोन में हेक्सेन की तुलना में उच्च गर्मी क्षमता है। इसका मतलब यह है कि एसीटोन के एक ग्राम को 30 ° C से 56 ° C तक गर्म करने और इसे वाष्पित करने के लिए, इसे 30 ° C से हेक्सेन के एक ग्राम को 68 ° C के उबलते बिंदु तक गर्म करने के लिए अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है।

संदर्भ

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