Was misst die latente Verdampfungswärme?

Die latente Verdampfungswärme ist die Menge an Wärmeenergie, die einer Flüssigkeit am Siedepunkt zugeführt werden muss, um sie zu verdampfen. Die Wärme wird latent genannt, weil sie die Flüssigkeit nicht erhitzt. Es überwindet lediglich die in der Flüssigkeit vorhandenen intermolekularen Kräfte und hält die Moleküle zusammen und verhindert, dass sie als Gas entweichen. Wenn der Flüssigkeit genügend Wärmeenergie zugeführt wird, um die intermolekularen Kräfte zu brechen, können die Moleküle die Oberfläche der Flüssigkeit verlassen und in den Dampfzustand des erhitzten Materials übergehen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die latente Verdampfungswärme erwärmt die Flüssigkeit nicht, sondern bricht intermolekulare Bindungen auf, um die Bildung des Dampfzustands des Materials zu ermöglichen. Die Moleküle von Flüssigkeiten sind durch intermolekulare Kräfte gebunden, die verhindern, dass sie beim Siedepunkt der Flüssigkeit gasförmig werden. Die Menge an Wärmeenergie, die hinzugefügt werden muss, um diese Bindungen aufzubrechen, ist die latente Verdampfungswärme.

Die Moleküle einer Flüssigkeit können vier Arten von intermolekularen Kräften erfahren, die die Moleküle zusammenhalten und die Verdampfungswärme beeinflussen. Diese Kräfte, die in flüssigen Molekülen Bindungen bilden, werden Van-der-Waals-Kräfte genannt, nach dem niederländischen Physiker Johannes van der Waals, der eine Zustandsgleichung für Flüssigkeiten und Gase entwickelt hat.

Polare Moleküle haben eine leicht positive Ladung an einem Ende des Moleküls und eine leicht negative Ladung am anderen Ende. Sie werden Dipole genannt und können verschiedene Arten von intermolekularen Bindungen bilden. Dipole, die ein Wasserstoffatom enthalten, können Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Neutrale Moleküle können zu temporären Dipolen werden und eine Kraft erfahren, die als London-Dispersionskraft bezeichnet wird. Das Aufbrechen dieser Bindungen erfordert Energie, die der Verdampfungswärme entspricht.

Die Wasserstoffbrücke ist eine Dipol-Dipol-Bindung, an der ein Wasserstoffatom beteiligt ist. Wasserstoffatome gehen besonders starke Bindungen ein, weil das Wasserstoffatom in einem Molekül ein Proton ohne innere Hülle aus Elektronen, die es dem positiv geladenen Proton ermöglicht, sich einem negativ geladenen Dipol zu nähern eng. Die elektrostatische Anziehungskraft des Protons zum negativen Dipol ist vergleichsweise hoch, und die resultierende Bindung ist die stärkste der vier intermolekularen Bindungen einer Flüssigkeit.

Wenn sich das positiv geladene Ende eines polaren Moleküls mit dem negativ geladenen Ende eines anderen Moleküls verbindet, handelt es sich um eine Dipol-Dipol-Bindung. Flüssigkeiten, die aus Dipolmolekülen bestehen, bilden und brechen ständig Dipol-Dipol-Bindungen mit mehreren Molekülen. Diese Bindungen sind die zweitstärksten der vier Typen.

Wenn sich ein Dipolmolekül einem neutralen Molekül nähert, wird das neutrale Molekül an der Stelle, die dem Dipolmolekül am nächsten liegt, leicht geladen. Positive Dipole induzieren eine negative Ladung im neutralen Molekül, während negative Dipole eine positive Ladung induzieren. Die resultierenden entgegengesetzten Ladungen ziehen sich an und die schwache Bindung, die entsteht, wird als dipolinduzierte Dipolbindung bezeichnet.

Wenn zwei neutrale Moleküle zu temporären Dipolen werden, weil sich ihre Elektronen zufällig auf einer Seite gesammelt haben, werden die beiden Moleküle kann eine schwache temporäre elektrostatische Bindung mit der positiven Seite eines Moleküls bilden, die von der negativen Seite eines anderen angezogen wird Molekül. Diese Kräfte werden als London-Dispersionskräfte bezeichnet und bilden die schwächste der vier Arten intermolekularer Bindungen einer Flüssigkeit.

Wenn eine Flüssigkeit viele starke Bindungen hat, neigen die Moleküle dazu, zusammen zu bleiben, und die latente Verdampfungswärme wird erhöht. Wasser zum Beispiel hat Dipolmoleküle, bei denen das Sauerstoffatom negativ geladen ist und die Wasserstoffatome positiv geladen sind. Die Moleküle bilden starke Wasserstoffbrückenbindungen und Wasser hat eine entsprechend hohe latente Verdampfungswärme. Wenn keine starken Bindungen vorhanden sind, kann das Erhitzen einer Flüssigkeit die Moleküle leicht freisetzen, um ein Gas zu bilden, und die latente Verdampfungswärme ist gering.