Entalpia de vaporização

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Dependência da temperatura dos calores de vaporização para água, metanol, benzeno e acetona

A entalpia de vaporização (símbolo H vap ), também conhecida como calor (latente) de vaporização ou calor de evaporação , é a quantidade de energia ( entalpia ) que deve ser adicionada a uma substância líquida para transformar uma quantidade dessa substância em um gás. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

A entalpia de vaporização é frequentemente citada para a temperatura normal de ebulição da substância. Embora os valores tabulados sejam geralmente corrigidos para 298  K , essa correção é geralmente menor do que a incerteza no valor medido.

O calor de vaporização é dependente da temperatura, embora um calor de vaporização constante possa ser assumido para pequenas faixas de temperatura e para temperatura reduzida .. O calor de vaporização diminui com o aumento da temperatura e desaparece completamente em um certo ponto chamado de temperatura crítica.). Acima da temperatura crítica , as fases líquida e vapor são indistinguíveis, e a substância é chamada de fluido supercrítico .

Unidades

Os valores são geralmente citados em J / mol , ou kJ/mol (entalpia molar de vaporização), embora kJ/kg, ou J/g (calor específico de vaporização), e unidades mais antigas como kcal /mol, cal/g e Btu / lb às vezes ainda são usados ​​entre outros.

Entalpia de condensação

A entalpia de condensação (ou calor de condensação ) é por definição igual à entalpia de vaporização com o sinal oposto: as variações de entalpia de vaporização são sempre positivas (o calor é absorvido pela substância), enquanto as variações de entalpia de condensação são sempre negativas (calor é liberado pela substância).

Fundo termodinâmico

Entalpia molar do zinco acima de 298,15  K e a 1  atm de pressão, mostrando descontinuidades nos pontos de fusão e ebulição. A entalpia de fusão (Δ H °m) do zinco é 7323  J/mol, e a entalpia de vaporização (Δ H °v) é115 330  J/mol .

A entalpia de vaporização pode ser escrita como

É igual ao aumento da energia interna da fase de vapor em comparação com a fase líquida, mais o trabalho realizado contra a pressão ambiente. O aumento da energia interna pode ser visto como a energia necessária para superar as interações intermoleculares no líquido (ou sólido, no caso de sublimação ). Portanto , o hélio tem uma entalpia de vaporização particularmente baixa, 0,0845 kJ/mol, pois as forças de van der Waals entre os átomos de hélio são particularmente fracas. Por outro lado, as moléculas na água líquida são mantidas juntas por ligações de hidrogênio relativamente fortes., e sua entalpia de vaporização, 40,65 kJ/mol, é mais de cinco vezes a energia necessária para aquecer a mesma quantidade de água de 0 °C a 100 °C ( c p  = 75,3 J/K·mol). No entanto, deve-se ter cuidado ao usar entalpias de vaporização para medir a força das forças intermoleculares, pois essas forças podem persistir até certo ponto na fase gasosa (como é o caso do fluoreto de hidrogênio ) e, portanto, o valor calculado da ligação força será muito baixa. Isto é particularmente verdadeiro para metais, que muitas vezes formam moléculas ligadas covalentemente na fase gasosa: nestes casos, a entalpia de atomização deve ser usada para obter um valor real da energia de ligação .

Uma descrição alternativa é ver a entalpia de condensação como o calor que deve ser liberado para o ambiente para compensar a queda na entropia quando um gás se condensa em um líquido. Como o líquido e o gás estão em equilíbrio no ponto de ebulição ( T b ), Δ v G  = 0, o que leva a:

Como nem a entropia nem a entalpia variam muito com a temperatura, é normal usar os valores padrão tabulados sem nenhuma correção para a diferença de temperatura de 298 K. Uma correção deve ser feita se a pressão for diferente de 100  kPa , pois a entropia de um o gás é proporcional à sua pressão (ou, mais precisamente, à sua fugacidade ): as entropias dos líquidos variam pouco com a pressão, pois a compressibilidade de um líquido é pequena.

Essas duas definições são equivalentes: o ponto de ebulição é a temperatura na qual o aumento da entropia da fase gasosa supera as forças intermoleculares. Como uma determinada quantidade de matéria sempre tem uma entropia maior na fase gasosa do que na fase condensada (é sempre positivo), e de

,

a variação de energia livre de Gibbs diminui com o aumento da temperatura: gases são favorecidos em temperaturas mais altas, como é observado na prática.

Entalpia de vaporização de soluções eletrolíticas

A estimativa da entalpia de vaporização de soluções eletrolíticas pode ser realizada de forma simples usando equações baseadas em modelos termodinâmicos químicos, como o modelo de Pitzer [1] ou o modelo TCPC. [2]

Valores selecionados

Elementos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Grupo  →
↓  Período
1 H0,44936 Ele0,0845
2 Li145,92 Ser292,40 B489,7 C355,8 N2,7928 O3,4099 F3,2698 Não1,7326
3 N / D96,96 Mg127,4 Al293,4 Si300 P12.129 S1,7175 Cl10.2 Ar6.447
4 K79,87 Ca153,6 Sc314,2 Ti421 V452 Cr344,3 Mn226 Fe349,6 Companhia376,5 Ni370,4 Cu300,3 Zn115,3 Ga258,7 Ge330,9 Como34,76 Se26,3 Br15.438 Kr9.029
5 Rb72.216 Sr144 S363 Zr581,6 Nb696,6 Mo598 Tc660 Ru595 Rh493 Pd357 Ag250,58 CD100 Dentro231,5 Sn295,8 Sb77,14 Te52,55 eu20.752 Xe12.636
6 C67,74 BA142 1 asterisco Lun / D Hf575 Ta743 C824 715 OS627,6 Ir604 PT510 Au334,4 Hg59.229 Tl164,1 Pb177,7 Bi104,8 Po60,1 No27.2 Rn16,4
7 Frn / D 37 1 asterisco Lrn / D Rfn / D Dbn / D Sgn / D Bhn / D Hsn / D Monten / D Dsn / D Rgn / D Cnn / D Nhn / D Fln / D Mcn / D Níveln / D Tsn / D Ogn / D

1 asterisco 414 Ce414 Prn / D Ndn / D PMn / D Smn / D UEn / D D'usn / D Tbn / D Dyn / D Hon / D Én / D Tmn / D Ybn / D
1 asterisco Acn / D º514,4 Pain / D vocên / D Npn / D Pun / D Soun / D Cmn / D Bkn / D Cfn / D Esn / D Fmn / D Mdn / D Nãon / D
 
Entalpia em kJ/mol, medida em seus respectivos pontos de ebulição normais
0–10 kJ/mol 10–100 kJ/mol 100–300 kJ/mol >300 kJ/mol

A vaporização de metais é uma etapa chave na síntese de vapor metálico , que explora o aumento da reatividade dos átomos de metal ou pequenas partículas em relação aos elementos a granel.

Outras substâncias comuns

Entalpias de vaporização de substâncias comuns, medidas em seus respectivos pontos de ebulição padrão:

Composto Ponto de ebulição, à pressão normal Calor da vaporização
(K) (°C) (°F) ( J/mol ) (J/g)
Acetona 329 56 133 31300 538,9
Alumínio 2792 2519 4566 294000 10500
Amônia 240 −33,34 −28 23350 1371
Butano 272–274 −1 30–34 21.000 320
Éter dietílico 307,8 34,6 94,3 26170 353,1
Etanol 352 78,37 173 38600 841
Hidrogênio ( parahidrogênio ) 20.271 −252.879 −423.182 899,2 446,1
Ferro 3134 2862 5182 340000 6090
Álcool isopropílico 356 82,6 181 44.000 732,2
Metano 112 −161 −259 8170 480,6
Metanol 338 64,7 148 35200 [3] 1104
Propano 231 −42 −44 15700 356
Fosfina 185 −87,7 −126 14600 429,4
Água 373,15 100 212 40660 2257

Veja também

Referências

  1. ^ Ge, Xinlei; Wang, Xidong (20 de maio de 2009). "Estimativa da depressão do ponto de congelamento, elevação do ponto de ebulição e entalpias de vaporização de soluções eletrolíticas" . Pesquisa em Química Industrial e de Engenharia . 48 (10): 5123. doi : 10.1021/ie900434h .
  2. ^ Ge, Xinlei; Wang, Xidong (2009). "Cálculos da depressão do ponto de congelamento, elevação do ponto de ebulição, pressão de vapor e entalpias de vaporização de soluções eletrolíticas por um modelo de correlação de três parâmetros modificado". Jornal de Química de Soluções . 38 (9): 1097-1117. doi : 10.1007/s10953-009-9433-0 . ISSN 0095-9782 . S2CID 96186176 .  
  3. ^ NIST