Buharlaşma ısısı

Buharlaşma ısısı, (sembolü ∆H_vap) bir maddenin bir miktarını gaza dönüştürmek için sıvı bir maddeye eklenmesi gereken enerji (entalpi) miktarıdır. Buharlaşma entalpisi, bu dönüşümün gerçekleştiği basıncın bir fonksiyonudur.

Buharlaşma entalpisi genellikle maddenin normal kaynama sıcaklığı için belirtilir; tablo değerleri genellikle 298 K olarak düzeltilmesine rağmen, bu düzeltme genellikle ölçülen değerdeki belirsizlikten daha küçüktür.

Buharlaşma ısısı sıcaklığa bağlıdır, ancak küçük sıcaklık aralıkları ve düşük sıcaklık $T_{r}$ $\ll 1$ için sabit bir buharlaşma ısısı varsayılabilir. Buharlaşma ısısı artan sıcaklıkla azalır ve kritik sıcaklık ($T_{r}=1$) adı verilen belirli bir noktada tamamen kaybolur. Kritik sıcaklığın üzerinde, sıvı ve buhar fazları ayırt edilemez ve maddeye süperkritik sıvı denir.

Birimler

Değerler genellikle J/mol veya kJ/mol (buharlaşma molar entalpisi) olarak belirtilir, ancak kJ/kg veya J/g (spesifik buharlaşma ısısı) ve kcal/mol, cal/g ve Btu/lb gibi eski birimler bazen hala kullanılır, diğerleri arasında.

Yoğuşma entalpisi

Yoğuşma entalpisi (veya yoğuşma ısısı) tanım olarak zıt işaretli buharlaşma entalpisine eşittir: buharlaşma entalpisi değişiklikleri her zaman pozitiftir (ısı madde tarafından emilir), yoğunlaşma entalpisi değişiklikleri her zaman negatiftir (ısı madde tarafından salınır).

Termodinamik arka plan

Buharlaşma entalpisi şu şekilde yazılabilir:

$\Delta {}H_{\mathrm {vap} }=\Delta {}U_{\mathrm {vap} }+p\Delta \,V$

Sıvı faza kıyasla buhar fazının artan iç enerjisine ve ayrıca ortam basıncına karşı yapılan çalışmaya eşittir. İç enerjideki artış, sıvıdaki (veya yüceltme durumunda katı) moleküller arası etkileşimlerin üstesinden gelmek için gereken enerji olarak görülebilir. Bu nedenle helyum, helyum atomları arasındaki van der Waals kuvvetleri özellikle zayıf olduğundan, buharlaşma entalpisi 0.0845 kJ/mol'dür. Öte yandan, sıvı sudaki moleküller nispeten güçlü hidrojen bağları ile bir arada tutulur ve buharlaşma entalpisi, 40.65 kJ/mol, aynı miktarda suyu 0 °C'den ısıtmak için gereken enerjinin beş katından fazladır. 100 °C (cp = 75.3 JK − 1 mol − 1). Bununla birlikte, moleküller arası kuvvetlerin gücünü ölçmek için buharlaşma entalpileri kullanılırken dikkatli olunmalıdır, çünkü bu kuvvetler gaz fazında (hidrojen florürde olduğu gibi) bir dereceye kadar devam edebilir ve böylece bağın hesaplanan değeri gücü çok düşük olacaktır. Bu, özellikle gaz fazında kovalent olarak bağlanmış moleküller oluşturan metaller için geçerlidir: bu durumlarda, bağ enerjisinin gerçek bir değerini elde etmek için atomizasyon entalpisi kullanılmalıdır.

Alternatif bir açıklama, yoğunlaşma entalpisini, bir gaz bir sıvıya yoğunlaştığında entropi düşüşünü telafi etmek için çevreye salınması gereken ısı olarak görmektir. Sıvı ve gaz kaynama noktasında (Tb) dengede olduğundan, (T_b), Δ_vG = 0;

$\Delta \,_{v}S=S_{gas}-S_{liquid}=\Delta \,_{v}H/T_{b}$

Ne entropi ne de entalpi sıcaklık ile büyük ölçüde değişmediğinden, 298 K sıcaklık farkı için herhangi bir düzeltme yapılmadan tablolaştırılmış standart değerlerin kullanılması normaldir. Bir gazın entropisi basıncıyla (veya daha doğrusu fugasitesiyle) orantılı olduğundan, basınç 100 kPa'dan farklıysa bir düzeltme yapılmalıdır: sıvıların entropileri basınç ile çok az değişir, çünkü sıvı azdır.

Bu iki tanım eşdeğerdir: kaynama noktası, gaz fazının artan entropisinin moleküller arası kuvvetlerin üstesinden geldiği sıcaklıktır. Belirli bir madde miktarı gaz fazında her zaman yoğun fazda olduğundan daha yüksek entropiye sahiptir ($\Delta \,_{v}S$ her zaman pozitiftir) ve :$\Delta \,G=\Delta \,H-T\Delta \,S$,'den Gibbs serbest enerji değişimi artan sıcaklıkla düşer: gazlar pratikte gözlemlendiği gibi daha yüksek sıcaklıklarda tercih edilir.

Seçilen değerler

Elementler

Elementlerin Buharlaşma ısısı
	1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Grup →
↓ Periyot
1	H0.44936																		He0.0845
2	Li145.92	Be292.40												B489.7	C355.8	N2.7928	O3.4099	F3.2698	Ne1.7326
3	Na96.96	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	Co376.5	Ni370.4	Cu300.3	Zn115.3	Ga258.7	Ge330.9	As34.76	Se26.3	Br15.438	Kr9.029
5	Rb72.216	Sr144	Y363		Zr581.6	Nb696.6	Mo598	Tc660	Ru595	Rh493	Pd357	Ag250.58	Cd100	In231.5	Sn295.8	Sb77.14	Te52.55	I20.752	Xe12.636
6	Cs67.74	Ba142	La414		Hf575	Ta743	W824	Re715	Os627.6	Ir604	Pt510	Au334.4	Hg59.229	Tl164.1	Pb177.7	Bi104.8	Po60.1	At27.2	Rn16.4
7	Frn/a	Ra37	Acn/a		Rfn/a	Dbn/a	Sgn/a	Bhn/a	Hsn/a	Mtn/a	Dsn/a	Rgn/a	Cnn/a	Nhn/a	Fln/a	Mcn/a	Lvn/a	Tsn/a	Ogn/a
					Ce414	Prn/a	Ndn/a	Pmn/a	Smn/a	Eun/a	Gdn/a	Tbn/a	Dyn/a	Hon/a	Ern/a	Tmn/a	Ybn/a	Lun/a
					Th514.4	Pan/a	Un/a	Npn/a	Pun/a	Amn/a	Cmn/a	Bkn/a	Cfn/a	Esn/a	Fmn/a	Mdn/a	Non/a	Lrn/a
	KJ/mol cinsinden entalpi, ilgili normal kaynama noktalarında ölçülür
	0–10 kJ/mol			10–100 kJ/mol			100–300 kJ/mol			>300 kJ/mol