science >> Wetenschap >  >> Fysica

Wat meet de latente verdampingswarmte?

De latente verdampingswarmte is de hoeveelheid warmte-energie die aan het kookpunt moet worden toegevoegd om het te verdampen. De hitte wordt latent genoemd omdat het de vloeistof niet opwarmt. Het overwint alleen de intermoleculaire krachten die in de vloeistof aanwezig zijn en houden de moleculen bij elkaar, waardoor ze niet kunnen ontsnappen als een gas. Wanneer voldoende warmte-energie aan de vloeistof wordt toegevoegd om de intermoleculaire krachten te breken, zijn de moleculen vrij om het oppervlak van de vloeistof te verlaten en worden de damptoestand van het te verwarmen materiaal.

TL; DR (te lang; Niet gelezen)

De latente verdampingswarmte verwarmt de vloeistof niet, maar verbreekt eerder de intermoleculaire bindingen om de vorming van de damptoestand van het materiaal mogelijk te maken. De moleculen van vloeistoffen worden gebonden door intermoleculaire krachten die voorkomen dat ze een gas worden wanneer de vloeistof het kookpunt bereikt. De hoeveelheid warmte-energie die moet worden toegevoegd om deze bindingen te verbreken, is de latente verdampingswarmte.
Intermoleculaire banden in vloeistoffen

De moleculen van een vloeistof kunnen vier soorten intermoleculaire krachten ervaren die de moleculen bij elkaar houden en beïnvloeden de verdampingswarmte. Deze krachten die bindingen vormen in vloeibare moleculen worden Van der Waals-krachten genoemd naar de Nederlandse fysicus Johannes van der Waals die een toestandsvergelijking voor vloeistoffen en gassen ontwikkelde.

Polaire moleculen hebben een enigszins positieve lading aan het ene uiteinde van het molecuul en een enigszins negatieve lading aan het andere uiteinde. Ze worden dipolen genoemd en ze kunnen verschillende soorten intermoleculaire bindingen vormen. Dipolen met een waterstofatoom kunnen waterstofbruggen vormen. Neutrale moleculen kunnen tijdelijke dipolen worden en een kracht ervaren die de dispersiekracht van Londen wordt genoemd. Het verbreken van deze bindingen vereist energie die overeenkomt met de verdampingswarmte.
Waterstofbindingen

De waterstofbinding is een dipool-dipoolbinding waarbij een waterstofatoom betrokken is. Waterstofatomen vormen vooral sterke bindingen omdat het waterstofatoom in een molecuul een proton is zonder een binnenste schil van elektronen, waardoor het positief geladen proton een negatief geladen dipool nauw kan benaderen. De elektrostatische aantrekkingskracht van het proton op de negatieve dipool is relatief hoog en de resulterende binding is de sterkste van de vier intermoleculaire bindingen van een vloeistof.
Dipole-Dipole Bonds

Wanneer het positief geladen uiteinde van een polair molecuul bindt met het negatief geladen uiteinde van een ander molecuul, het is een dipool-dipoolbinding. Vloeistoffen samengesteld uit dipoolmoleculen vormen continu en breken dipool-dipoolbindingen met meerdere moleculen. Deze bindingen zijn de tweede sterkste van de vier typen.
Dipole-geïnduceerde dipoolbindingen

Wanneer een dipoolmolecuul een neutraal molecuul nadert, wordt het neutrale molecuul enigszins geladen op het punt dat het dichtst bij het dipoolmolecuul ligt. Positieve dipolen induceren een negatieve lading in het neutrale molecuul, terwijl negatieve dipolen een positieve lading induceren. De resulterende tegengestelde ladingen trekken aan, en de zwakke binding die wordt gecreëerd, wordt een dipool-geïnduceerde dipoolbinding genoemd.
London Dispersion Forces

Wanneer twee neutrale moleculen tijdelijke dipolen worden omdat hun elektronen toevallig op één zijn verzameld kant, kunnen de twee moleculen een zwakke tijdelijke elektrostatische binding vormen met de positieve kant van het ene molecuul aangetrokken door de negatieve kant van een ander molecuul. Deze krachten worden dispersiekrachten in Londen genoemd en vormen de zwakste van de vier soorten intermoleculaire bindingen van een vloeistof.
Bonds and Heat of Vaporization

Wanneer een vloeistof veel sterke bindingen heeft, hebben de moleculen de neiging om blijf bij elkaar en de latente verdampingswarmte wordt verhoogd. Water heeft bijvoorbeeld dipoolmoleculen met het zuurstofatoom negatief geladen en de waterstofatomen positief geladen. De moleculen vormen sterke waterstofbruggen en water heeft een dienovereenkomstig hoge latente verdampingswarmte. Als er geen sterke bindingen aanwezig zijn, kan het verwarmen van een vloeistof de moleculen gemakkelijk vrijmaken om een gas te vormen en is de latente verdampingswarmte laag.