Utajone ciepło parowania to ilość energii cieplnej, którą należy dodać do cieczy w temperaturze wrzenia, aby ją odparować. Ciepło nazywane jest utajonym, ponieważ nie podgrzewa cieczy. Pokonuje jedynie siły międzycząsteczkowe obecne w cieczy i utrzymuje cząsteczki razem, zapobiegając ich ucieczce w postaci gazu. Gdy do cieczy zostanie dodana wystarczająca ilość energii cieplnej, aby rozbić siły międzycząsteczkowe, cząsteczki mogą swobodnie opuścić powierzchnię cieczy i stać się stanem pary ogrzewanego materiału.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Utajone ciepło parowania nie nagrzewa cieczy, ale raczej rozrywa wiązania międzycząsteczkowe, aby umożliwić powstanie stanu pary materiału. Cząsteczki cieczy są związane siłami międzycząsteczkowymi, które uniemożliwiają im przekształcenie się w gaz, gdy ciecz osiągnie punkt wrzenia. Ilość energii cieplnej, która musi zostać dodana do zerwania tych wiązań, to utajone ciepło parowania.
Wiązania międzycząsteczkowe w cieczach
Cząsteczki cieczy mogą doświadczać czterech rodzajów sił międzycząsteczkowych, które utrzymują je razem i wpływają na ciepło parowania. Siły te, które tworzą wiązania w cząsteczkach cieczy, nazywane są siłami Van der Waalsa na cześć holenderskiego fizyka Johannesa van der Waalsa, który opracował równanie stanu dla cieczy i gazów.
Cząsteczki polarne mają lekko dodatni ładunek na jednym końcu cząsteczki i nieco ujemny ładunek na drugim końcu. Nazywane są dipolami i mogą tworzyć kilka rodzajów wiązań międzycząsteczkowych. Dipole zawierające atom wodoru mogą tworzyć wiązania wodorowe. Cząsteczki obojętne mogą stać się tymczasowymi dipolami i doświadczać siły zwanej londyńską siłą dyspersyjną. Zerwanie tych wiązań wymaga energii odpowiadającej ciepłu parowania.
Wiązania wodorowe
Wiązanie wodorowe to wiązanie dipol-dipol, które obejmuje atom wodoru. Atomy wodoru tworzą szczególnie silne wiązania, ponieważ atom wodoru w cząsteczce jest protonem bez wewnętrzna powłoka elektronów, która pozwala dodatnio naładowanemu protonowi zbliżyć się do ujemnie naładowanego dipola dokładnie. Siła elektrostatyczna przyciągania protonu do ujemnego dipola jest stosunkowo duża, a powstałe wiązanie jest najsilniejszym z czterech wiązań międzycząsteczkowych cieczy.
Wiązania dipol-dipol
Kiedy dodatnio naładowany koniec cząsteczki polarnej łączy się z ujemnie naładowanym końcem innej cząsteczki, jest to wiązanie dipol-dipol. Ciecze złożone z cząsteczek dipolowych w sposób ciągły tworzą i rozrywają wiązania dipol-dipol wieloma cząsteczkami. Te więzi są drugim najsilniejszym z czterech typów.
Wiązania dipolowe indukowane dipolem
Kiedy cząsteczka dipola zbliża się do cząsteczki obojętnej, cząsteczka obojętna zostaje lekko naładowana w punkcie najbliższym cząsteczki dipolowej. Dipole dodatnie indukują ładunek ujemny w cząsteczce obojętnej, podczas gdy dipole ujemne indukują ładunek dodatni. Powstałe przeciwne ładunki przyciągają się, a utworzone słabe wiązanie nazywane jest wiązaniem dipolowym indukowanym dipolem.
Londyńskie Siły Dyspersyjne
Kiedy dwie obojętne cząsteczki stają się tymczasowymi dipolami, ponieważ ich elektrony przypadkowo zebrały się po jednej stronie, te dwie cząsteczki może tworzyć słabe tymczasowe wiązanie elektrostatyczne z dodatnią stroną jednej cząsteczki przyciąganą do ujemnej strony drugiej cząsteczka. Siły te nazywane są siłami dyspersyjnymi Londynu i tworzą najsłabsze z czterech typów wiązań międzycząsteczkowych cieczy.
Wiązania i ciepło parowania
Gdy ciecz ma wiele silnych wiązań, cząsteczki mają tendencję do pozostawania razem, a utajone ciepło parowania jest podwyższone. Na przykład woda ma cząsteczki dipolowe, w których atom tlenu jest naładowany ujemnie, a atomy wodoru naładowane dodatnio. Cząsteczki tworzą silne wiązania wodorowe, a woda ma odpowiednio wysokie utajone ciepło parowania. Gdy nie ma silnych wiązań, ogrzewanie cieczy może łatwo uwolnić cząsteczki, tworząc gaz, a utajone ciepło parowania jest niskie.
