Căldura latentă de vaporizare este cantitatea de energie termică care trebuie adăugată unui lichid la punctul de fierbere pentru a-l vaporiza. Căldura se numește latentă deoarece nu încălzește lichidul. Pur și simplu depășește forțele intermoleculare prezente în lichid și care țin moleculele împreună, împiedicându-le să scape ca gaz. Când se adaugă suficientă energie termică lichidului pentru a sparge forțele intermoleculare, moleculele sunt libere să părăsească suprafața lichidului și să devină starea de vapori a materialului care este încălzit.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Căldura latentă de vaporizare nu încălzește lichidul, ci mai degrabă rupe legăturile intermoleculare pentru a permite formarea stării de vapori a materialului. Moleculele lichidelor sunt legate de forțe intermoleculare care le împiedică să devină gaz atunci când lichidul atinge punctul de fierbere. Cantitatea de energie termică care trebuie adăugată pentru a sparge aceste legături este căldura latentă de vaporizare.
Obligațiuni intermoleculare în lichide
Moleculele unui lichid pot experimenta patru tipuri de forțe intermoleculare care țin moleculele împreună și afectează căldura vaporizării. Aceste forțe care formează legături în molecule lichide sunt numite forțe Van der Waals după fizicianul olandez Johannes van der Waals care a dezvoltat o ecuație de stare pentru lichide și gaze.
Moleculele polare au o sarcină ușor pozitivă la un capăt al moleculei și o sarcină ușor negativă la celălalt capăt. Se numesc dipoli și pot forma mai multe tipuri de legături intermoleculare. Dipolii care includ un atom de hidrogen pot forma legături de hidrogen. Moleculele neutre pot deveni dipoli temporari și pot experimenta o forță numită forța de dispersie din Londra. Ruperea acestor legături necesită energie corespunzătoare căldurii de vaporizare.
Legături de hidrogen
Legătura de hidrogen este o legătură dipol-dipol care implică un atom de hidrogen. Atomii de hidrogen formează legături deosebit de puternice, deoarece atomul de hidrogen dintr-o moleculă este un proton fără învelișul interior al electronilor, care permite protonului încărcat pozitiv să se apropie de un dipol încărcat negativ îndeaproape. Forța de atracție electrostatică a protonului către dipolul negativ este relativ ridicată, iar legătura rezultată este cea mai puternică dintre cele patru legături intermoleculare ale unui lichid.
Legături Dipol-Dipol
Când capătul încărcat pozitiv al unei molecule polare se leagă de capătul încărcat negativ al altei molecule, este o legătură dipol-dipol. Lichidele alcătuite din molecule dipol formează și rup rup continuu legături dipol-dipol cu mai multe molecule. Aceste legături sunt a doua cea mai puternică dintre cele patru tipuri.
Legături dipol induse de dipol
Când o moleculă dipol se apropie de o moleculă neutră, molecula neutră devine ușor încărcată în punctul cel mai apropiat de molecula dipol. Dipolii pozitivi induc o sarcină negativă în molecula neutră în timp ce dipolii negativi induc o sarcină pozitivă. Sarcinile opuse rezultate atrag, iar legătura slabă care se creează se numește o legătură dipol indusă de dipol.
Forțele de dispersie din Londra
Când două molecule neutre devin dipoli temporari, deoarece electronii lor s-au adunat întâmplător pe o parte, cele două molecule poate forma o legătură electrostatică temporară slabă cu partea pozitivă a unei molecule atrase de partea negativă a alteia moleculă. Aceste forțe sunt numite forțe de dispersie londoneze și formează cea mai slabă dintre cele patru tipuri de legături intermoleculare ale unui lichid.
Legături și căldură de vaporizare
Când un lichid are multe legături puternice, moleculele tind să rămână împreună, iar căldura latentă de vaporizare este ridicată. Apa, de exemplu, are molecule dipol cu atomul de oxigen încărcat negativ și atomii de hidrogen încărcați pozitiv. Moleculele formează legături puternice de hidrogen, iar apa are o căldură latentă de vaporizare corespunzătoare. Atunci când nu există legături puternice, încălzirea unui lichid poate elibera cu ușurință moleculele pentru a forma un gaz, iar căldura latentă de vaporizare este scăzută.