Latentna toplina isparavanja je količina toplinske energije koja se mora dodati tekućini na vrelištu da bi se isparila. Toplina se naziva latentnom jer ne zagrijava tekućinu. Ona samo prevladava intermolekularne sile prisutne u tekućini i držeći molekule na oku, sprečavajući ih da pobjegnu kao plin. Kada se tekućini doda dovoljno toplinske energije za razbijanje intermolekularnih sila, molekule mogu slobodno napustiti površinu tekućine i postati parno stanje materijala koji se zagrijava.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Latentna toplina isparavanja ne zagrijava tekućinu, već prekida intermolekularne veze kako bi se omogućilo stvaranje stanja pare materijala. Molekule tekućina vezane su međumolekularnim silama koje ih sprječavaju da postanu plin kad tekućina dosegne točku vrenja. Količina toplinske energije koja se mora dodati da bi se te veze prekinule je latentna toplina isparavanja.
Intermolekularne veze u tekućinama
Molekule tekućine mogu iskusiti četiri vrste intermolekularnih sila koje molekule drže na okupu i utječu na toplinu isparavanja. Te sile koje tvore veze u molekulama tekućine nazivaju se Van der Waalsove sile po nizozemskom fizičaru Johannesu van der Waalsu koji je razvio jednadžbu stanja za tekućine i plinove.
Polarne molekule imaju blago pozitivan naboj na jednom kraju molekule, a blago negativan naboj na drugom kraju. Zovu se dipoli i mogu tvoriti nekoliko vrsta intermolekularnih veza. Dipoli koji uključuju atom vodika mogu tvoriti vodikove veze. Neutralne molekule mogu postati privremeni dipoli i iskusiti silu koja se naziva Londonska sila disperzije. Za prekid ovih veza potrebna je energija koja odgovara toplini isparavanja.
Vodikove veze
Vodikova veza je dipol-dipolna veza koja uključuje atom vodika. Atomi vodika tvore posebno jake veze jer je atom vodika u molekuli proton bez unutarnja ljuska elektrona, što omogućava pozitivno nabijenom protonu da se približi negativno nabijenom dipolu usko. Elektrostatička sila privlačenja protona prema negativnom dipolu razmjerno je visoka, a rezultirajuća veza je najjača od četiri intermolekularne veze tekućine.
Dipol-Dipol veze
Kada se pozitivno nabijeni kraj polarne molekule poveže s negativno nabijenim krajem druge molekule, to je dipol-dipolna veza. Tekućine sastavljene od molekula dipola kontinuirano stvaraju i razbijaju dipol-dipol veze s više molekula. Te su obveznice druga najjača od četiri vrste.
Dipol-inducirane dipolne veze
Kad se molekula dipola približi neutralnoj molekuli, neutralna molekula postaje malo nabijena u točki najbližoj molekuli dipola. Pozitivni dipoli induciraju negativni naboj u neutralnoj molekuli, dok negativni dipoli induciraju pozitivan naboj. Rezultirajući suprotni naboji privlače se, a stvorena slaba veza naziva se dipol-inducirana dipolna veza.
Londonske disperzijske snage
Kada dvije neutralne molekule postanu privremeni dipoli, jer su se njihovi elektroni slučajno sakupili na jednoj strani, te dvije molekule može stvoriti slabu privremenu elektrostatičku vezu s pozitivnom stranom jedne molekule privučenom negativnom stranom druge molekula. Te se sile nazivaju londonskim disperzijskim silama i one tvore najslabiju od četiri vrste intermolekularnih veza tekućine.
Veze i toplina isparavanja
Kada tekućina ima mnogo jakih veza, molekule imaju tendenciju ostati zajedno, a latentna toplina isparavanja je povišena. Na primjer, voda ima molekule dipola s atomom kisika negativno nabijenim, a atomi vodika pozitivno nabijenim. Molekule tvore jake vodikove veze, a voda ima odgovarajuće visoku latentnu toplinu isparavanja. Kada nisu prisutne jake veze, zagrijavanjem tekućine lako se molekule mogu osloboditi i stvoriti plin, a latentna toplina isparavanja je niska.
