Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di energia termica che deve essere aggiunta a un liquido al punto di ebollizione per vaporizzarlo. Il calore è detto latente perché non riscalda il liquido. Supera semplicemente le forze intermolecolari presenti nel liquido e tengono insieme le molecole, impedendo loro di fuoriuscire come gas. Quando al liquido viene aggiunta energia termica sufficiente per rompere le forze intermolecolari, le molecole sono libere di lasciare la superficie del liquido e diventare lo stato di vapore del materiale che viene riscaldato.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Il calore latente di vaporizzazione non riscalda il liquido ma piuttosto rompe i legami intermolecolari per consentire la formazione dello stato di vapore del materiale. Le molecole dei liquidi sono legate da forze intermolecolari che impediscono loro di trasformarsi in gas quando il liquido raggiunge il punto di ebollizione. La quantità di energia termica che deve essere aggiunta per rompere questi legami è il calore latente di vaporizzazione.
Legami intermolecolari nei liquidi
Le molecole di un liquido possono sperimentare quattro tipi di forze intermolecolari che tengono insieme le molecole e influenzano il calore di vaporizzazione. Queste forze che formano legami nelle molecole liquide sono chiamate forze di Van der Waals dal fisico olandese Johannes van der Waals che sviluppò un'equazione di stato per liquidi e gas.
Le molecole polari hanno una carica leggermente positiva su un'estremità della molecola e una carica leggermente negativa sull'altra estremità. Sono chiamati dipoli e possono formare diversi tipi di legami intermolecolari. I dipoli che includono un atomo di idrogeno possono formare legami idrogeno. Le molecole neutre possono diventare dipoli temporanei e sperimentare una forza chiamata forza di dispersione di Londra. La rottura di questi legami richiede energia corrispondente al calore di vaporizzazione.
Legami di idrogeno
Il legame idrogeno è un legame dipolo-dipolo che coinvolge un atomo di idrogeno. Gli atomi di idrogeno formano legami particolarmente forti perché l'atomo di idrogeno in una molecola è un protone senza an guscio interno di elettroni, che consente al protone caricato positivamente di avvicinarsi a un dipolo caricato negativamente da vicino. La forza di attrazione elettrostatica del protone sul dipolo negativo è relativamente alta e il legame risultante è il più forte dei quattro legami intermolecolari di un liquido.
Legami dipolo-dipolo
Quando l'estremità caricata positivamente di una molecola polare si lega all'estremità caricata negativamente di un'altra molecola, si tratta di un legame dipolo-dipolo. I liquidi costituiti da molecole di dipolo formano e rompono continuamente legami dipolo-dipolo con più molecole. Questi legami sono il secondo più forte dei quattro tipi.
Legami dipolo indotti da dipolo
Quando una molecola di dipolo si avvicina a una molecola neutra, la molecola neutra si carica leggermente nel punto più vicino alla molecola di dipolo. I dipoli positivi inducono una carica negativa nella molecola neutra mentre i dipoli negativi inducono una carica positiva. Le cariche opposte risultanti si attraggono e il legame debole che si crea è chiamato legame dipolo indotto da dipolo.
Forze di dispersione di Londra
Quando due molecole neutre diventano dipoli temporanei perché i loro elettroni si sono casualmente raccolti da un lato, le due molecole può formare un debole legame elettrostatico temporaneo con il lato positivo di una molecola attratto dal lato negativo di un'altra molecola. Queste forze sono chiamate forze di dispersione di Londra e formano il più debole dei quattro tipi di legami intermolecolari di un liquido.
Legami e calore di vaporizzazione
Quando un liquido ha molti legami forti, le molecole tendono a stare insieme e il calore latente di vaporizzazione è elevato. L'acqua, ad esempio, ha molecole di dipolo con l'atomo di ossigeno caricato negativamente e gli atomi di idrogeno caricati positivamente. Le molecole formano forti legami idrogeno e l'acqua ha un calore latente di vaporizzazione corrispondentemente elevato. Quando non sono presenti legami forti, il riscaldamento di un liquido può facilmente liberare le molecole per formare un gas e il calore latente di vaporizzazione è basso.
