Latentna toplota uparjanja je količina toplotne energije, ki jo je treba tekočini dodati na vrelišču, da jo upari. Toplota se imenuje latentna, ker ne segreje tekočine. Preprosto premaga medmolekularne sile, ki so prisotne v tekočini in molekule držijo skupaj, kar preprečuje njihovo uhajanje kot plin. Ko se tekočini doda dovolj toplotne energije za prekinitev medmolekularnih sil, molekule prosto zapustijo površino tekočine in postanejo parno stanje ogrevanega materiala.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Latentna toplota uparjanja tekočine ne segreje, temveč prekine medmolekularne vezi, da omogoči nastanek hlapnega stanja materiala. Molekule tekočin vežejo medmolekularne sile, ki jim preprečujejo, da postanejo plin, ko tekočina doseže vrelišče. Količina toplotne energije, ki jo je treba dodati za prekinitev teh vezi, je latentna toplota uparjanja.
Medmolekularne vezi v tekočinah
Molekule tekočine lahko izkusijo štiri vrste medmolekularnih sil, ki molekule držijo skupaj in vplivajo na toploto uparjanja. Te sile, ki tvorijo vezi v tekočih molekulah, se imenujejo Van der Waalsove sile po nizozemskem fiziku Johannesu van der Waalsu, ki je razvil enačbo stanja za tekočine in pline.
Polarne molekule imajo na enem koncu molekule rahlo pozitiven naboj, na drugem pa rahlo negativni naboj. Imenujejo se dipoli in lahko tvorijo več vrst medmolekularnih vezi. Dipoli, ki vključujejo atom vodika, lahko tvorijo vodikove vezi. Nevtralne molekule lahko postanejo začasni dipoli in doživijo silo, imenovano Londonska disperzijska sila. Za prekinitev teh vezi je potrebna energija, ki ustreza toploti uparjanja.
Vodikove vezi
Vodikova vez je dipol-dipolna vez, ki vključuje atom vodika. Atomi vodika tvorijo še posebej močne vezi, ker je atom vodika v molekuli proton brez a notranja lupina elektronov, ki omogoča pozitivno napolnjenem protonu, da se približa negativno napolnjenem dipolu tesno. Elektrostatična sila privlačenja protona na negativni dipol je sorazmerno velika in nastala vez je najmočnejša od štirih medmolekularnih vezi tekočine.
Dipol-Dipolne obveznice
Ko se pozitivno nabit konec polarne molekule poveže z negativno nabitim koncem druge molekule, je to dipol-dipolna vez. Tekočine, sestavljene iz dipolnih molekul, neprekinjeno tvorijo in razgrajujejo dipol-dipolne vezi z več molekulami. Te obveznice so druga najmočnejša od štirih vrst.
Dipolske inducirane dipolne obveznice
Ko se molekula dipola približa nevtralni molekuli, postane nevtralna molekula rahlo napolnjena na točki, ki je najbližja molekuli dipola. Pozitivni dipoli inducirajo negativni naboj v nevtralni molekuli, negativni dipoli pa pozitivni naboj. Nastali nasprotni naboji se privlačijo in nastala šibka vez se imenuje dipolna dipolna vez.
Londonske disperzijske sile
Ko dve nevtralni molekuli postaneta začasna dipola, ker sta se njihova elektrona po naključju zbrala na eni strani, ti molekuli lahko tvori šibko začasno elektrostatično vez s pozitivno stranjo ene molekule, ki jo privlači negativna stran druge molekula. Te sile imenujemo londonske disperzijske sile in tvorijo najšibkejšo od štirih vrst medmolekularnih vezi tekočine.
Obveznice in toplota izhlapevanja
Ko ima tekočina veliko močnih vezi, molekule običajno ostanejo skupaj in latentna toplota uparjanja je povišana. Voda ima na primer molekule dipolov z negativnim nabojem atoma kisika in pozitivnimi naboji atomov vodika. Molekule tvorijo močne vodikove vezi, voda pa ima ustrezno visoko latentno toploto uparjanja. Ko močne vezi niso prisotne, lahko segrevanje tekočine zlahka sprosti molekule in tvori plin, latentna toplota uparjanja pa je nizka.
