La chaleur latente de vaporisation est la quantité d'énergie thermique qui doit être ajoutée à un liquide au point d'ébullition pour le vaporiser. La chaleur est dite latente car elle ne chauffe pas le liquide. Il surmonte simplement les forces intermoléculaires présentes dans le liquide et retenant les molécules ensemble, les empêchant de s'échapper sous forme de gaz. Lorsque suffisamment d'énergie thermique est ajoutée au liquide pour briser les forces intermoléculaires, les molécules sont libres de quitter la surface du liquide et de devenir l'état de vapeur du matériau chauffé.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
La chaleur latente de vaporisation ne chauffe pas le liquide mais rompt plutôt les liaisons intermoléculaires pour permettre la formation de l'état de vapeur du matériau. Les molécules des liquides sont liées par des forces intermoléculaires qui les empêchent de devenir un gaz lorsque le liquide atteint son point d'ébullition. La quantité d'énergie thermique qui doit être ajoutée pour rompre ces liaisons est la chaleur latente de vaporisation.
Liaisons intermoléculaires dans les liquides
Les molécules d'un liquide peuvent subir quatre types de forces intermoléculaires qui maintiennent les molécules ensemble et affectent la chaleur de vaporisation. Ces forces qui forment des liaisons dans les molécules liquides sont appelées forces de Van der Waals d'après le physicien néerlandais Johannes van der Waals qui a développé une équation d'état pour les liquides et les gaz.
Les molécules polaires ont une charge légèrement positive à une extrémité de la molécule et une charge légèrement négative à l'autre extrémité. Ils sont appelés dipôles et peuvent former plusieurs types de liaisons intermoléculaires. Les dipôles contenant un atome d'hydrogène peuvent former des liaisons hydrogène. Les molécules neutres peuvent devenir des dipôles temporaires et subir une force appelée force de dispersion de Londres. La rupture de ces liaisons nécessite une énergie correspondant à la chaleur de vaporisation.
Liaisons hydrogène
La liaison hydrogène est une liaison dipôle-dipôle qui implique un atome d'hydrogène. Les atomes d'hydrogène forment des liaisons particulièrement fortes car l'atome d'hydrogène dans une molécule est un proton sans enveloppe interne d'électrons, qui permet au proton chargé positivement de s'approcher d'un dipôle chargé négativement étroitement. La force d'attraction électrostatique du proton vers le dipôle négatif est relativement élevée et la liaison résultante est la plus forte des quatre liaisons intermoléculaires d'un liquide.
Liaisons dipôle-dipôle
Lorsque l'extrémité chargée positivement d'une molécule polaire se lie à l'extrémité chargée négativement d'une autre molécule, il s'agit d'une liaison dipôle-dipôle. Les liquides composés de molécules dipolaires forment et brisent en continu des liaisons dipôle-dipôle avec plusieurs molécules. Ces liens sont le deuxième plus fort des quatre types.
Liaisons dipolaires induites par les dipôles
Lorsqu'une molécule dipôle s'approche d'une molécule neutre, la molécule neutre se charge légèrement au point le plus proche de la molécule dipôle. Les dipôles positifs induisent une charge négative dans la molécule neutre tandis que les dipôles négatifs induisent une charge positive. Les charges opposées qui en résultent s'attirent et la liaison faible qui est créée est appelée liaison dipolaire induite par le dipôle.
Forces de dispersion de Londres
Lorsque deux molécules neutres deviennent des dipôles temporaires parce que leurs électrons se sont par hasard rassemblés d'un côté, les deux molécules peut former une faible liaison électrostatique temporaire avec le côté positif d'une molécule attiré par le côté négatif d'une autre molécule. Ces forces sont appelées forces de dispersion de Londres, et elles forment le plus faible des quatre types de liaisons intermoléculaires d'un liquide.
Liaisons et chaleur de vaporisation
Lorsqu'un liquide a de nombreuses liaisons fortes, les molécules ont tendance à rester ensemble et la chaleur latente de vaporisation est élevée. L'eau, par exemple, a des molécules dipolaires avec l'atome d'oxygène chargé négativement et les atomes d'hydrogène chargés positivement. Les molécules forment de fortes liaisons hydrogène et l'eau a une chaleur latente de vaporisation correspondante élevée. En l'absence de liaisons fortes, le chauffage d'un liquide peut facilement libérer les molécules pour former un gaz et la chaleur latente de vaporisation est faible.