De latente verdampingswarmte is de hoeveelheid warmte-energie die bij het kookpunt aan een vloeistof moet worden toegevoegd om deze te verdampen. De warmte wordt latent genoemd omdat het de vloeistof niet opwarmt. Het overwint alleen de intermoleculaire krachten die in de vloeistof aanwezig zijn en de moleculen bij elkaar houden, zodat ze niet als gas kunnen ontsnappen. Wanneer voldoende warmte-energie aan de vloeistof wordt toegevoegd om de intermoleculaire krachten te breken, zijn de moleculen vrij om het oppervlak van de vloeistof te verlaten en de damptoestand te worden van het materiaal dat wordt verwarmd.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De latente verdampingswarmte verwarmt de vloeistof niet, maar verbreekt eerder intermoleculaire bindingen om de vorming van de damptoestand van het materiaal mogelijk te maken. De moleculen van vloeistoffen zijn gebonden door intermoleculaire krachten die voorkomen dat ze een gas worden wanneer de vloeistof het kookpunt bereikt. De hoeveelheid warmte-energie die moet worden toegevoegd om deze bindingen te verbreken, is de latente verdampingswarmte.
Intermoleculaire bindingen in vloeistoffen
De moleculen van een vloeistof kunnen vier soorten intermoleculaire krachten ervaren die de moleculen bij elkaar houden en de verdampingswarmte beïnvloeden. Deze krachten die bindingen vormen in vloeibare moleculen worden Van der Waals-krachten genoemd, naar de Nederlandse natuurkundige Johannes van der Waals die een toestandsvergelijking voor vloeistoffen en gassen ontwikkelde.
Polaire moleculen hebben een licht positieve lading aan het ene uiteinde van het molecuul en een licht negatieve lading aan het andere uiteinde. Ze worden dipolen genoemd en ze kunnen verschillende soorten intermoleculaire bindingen vormen. Dipolen die een waterstofatoom bevatten, kunnen waterstofbruggen vormen. Neutrale moleculen kunnen tijdelijke dipolen worden en een kracht ervaren die de Londense dispersiekracht wordt genoemd. Het verbreken van deze bindingen vereist energie die overeenkomt met de verdampingswarmte.
Waterstofbruggen
De waterstofbinding is een dipool-dipoolbinding waarbij een waterstofatoom is betrokken. Waterstofatomen vormen bijzonder sterke bindingen omdat het waterstofatoom in een molecuul een proton is zonder binnenste schil van elektronen, waardoor het positief geladen proton een negatief geladen dipool nadert nauw. De elektrostatische aantrekkingskracht van het proton op de negatieve dipool is relatief hoog en de resulterende binding is de sterkste van de vier intermoleculaire bindingen van een vloeistof.
Dipool-dipool obligaties
Wanneer het positief geladen uiteinde van een polair molecuul bindt met het negatief geladen uiteinde van een ander molecuul, is het een dipool-dipoolbinding. Vloeistoffen bestaande uit dipoolmoleculen vormen en verbreken continu dipool-dipoolbindingen met meerdere moleculen. Deze bindingen zijn de op één na sterkste van de vier typen.
Dipool-geïnduceerde dipoolobligaties
Wanneer een dipoolmolecuul een neutraal molecuul nadert, wordt het neutrale molecuul licht geladen op het punt dat zich het dichtst bij het dipoolmolecuul bevindt. Positieve dipolen induceren een negatieve lading in het neutrale molecuul, terwijl negatieve dipolen een positieve lading induceren. De resulterende tegengestelde ladingen trekken elkaar aan en de zwakke binding die wordt gecreëerd, wordt een dipool-geïnduceerde dipoolbinding genoemd.
London Dispersion Forces
Wanneer twee neutrale moleculen tijdelijke dipolen worden omdat hun elektronen zich bij toeval aan één kant hebben verzameld, worden de twee moleculen kan een zwakke tijdelijke elektrostatische binding vormen waarbij de positieve kant van het ene molecuul wordt aangetrokken door de negatieve kant van een ander molecuul. Deze krachten worden Londense dispersiekrachten genoemd en vormen de zwakste van de vier soorten intermoleculaire bindingen van een vloeistof.
Bindingen en verdampingswarmte
Wanneer een vloeistof veel sterke bindingen heeft, hebben de moleculen de neiging om bij elkaar te blijven en wordt de latente verdampingswarmte verhoogd. Water heeft bijvoorbeeld dipoolmoleculen met het zuurstofatoom negatief geladen en de waterstofatomen positief geladen. De moleculen vormen sterke waterstofbruggen en water heeft een overeenkomstig hoge latente verdampingswarmte. Als er geen sterke bindingen aanwezig zijn, kan het verwarmen van een vloeistof de moleculen gemakkelijk bevrijden om een gas te vormen, en de latente verdampingswarmte is laag.