Vad mäter den latenta förångningsvärmen?

Den latenta förångningsvärmen är mängden värmeenergi som måste tillsättas en vätska vid kokpunkten för att förånga den. Värmen kallas latent eftersom den inte värmer upp vätskan. Det övervinner bara de intermolekylära krafter som finns i vätskan och håller samman molekylerna och förhindrar dem från att fly från gasen. När tillräckligt med värmeenergi läggs till vätskan för att bryta de intermolekylära krafterna är molekylerna fria att lämna vätskeytan och bli ångtillståndet hos det material som värms upp.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Den latenta förångningsvärmen värmer inte upp vätskan utan bryter snarare intermolekylära bindningar för att möjliggöra bildandet av materialets ångtillstånd. Vätskans molekyler är bundna av intermolekylära krafter som förhindrar att de blir en gas när vätskan når sin kokpunkt. Mängden värmeenergi som måste tillsättas för att bryta dessa bindningar är den latenta förångningsvärmen.

Molekylerna i en vätska kan uppleva fyra typer av intermolekylära krafter som håller molekylerna samman och påverkar förångningsvärmen. Dessa krafter som bildar bindningar i flytande molekyler kallas Van der Waals-krafter efter den holländska fysikern Johannes van der Waals som utvecklade en tillståndsekvation för vätskor och gaser.

Polära molekyler har en något positiv laddning i ena änden av molekylen och en något negativ laddning i den andra änden. De kallas dipoler och de kan bilda flera typer av intermolekylära bindningar. Dipoler som innehåller en väteatom kan bilda vätebindningar. Neutrala molekyler kan bli tillfälliga dipoler och uppleva en kraft som kallas Londons dispersionskraft. Att bryta dessa bindningar kräver energi som motsvarar förångningsvärmen.

Vätebindningen är en dipol-dipolbindning som involverar en väteatom. Väteatomer bildar särskilt starka bindningar eftersom väteatomen i en molekyl är en proton utan en elektronskal, vilket gör att den positivt laddade protonen närmar sig en negativt laddad dipol nära. Den elektrostatiska attraktionskraften hos protonen till den negativa dipolen är jämförelsevis hög, och den resulterande bindningen är den starkaste av de fyra intermolekylära bindningarna i en vätska.

När den positivt laddade änden av en polär molekyl binder till den negativt laddade änden av en annan molekyl är det en dipol-dipolbindning. Vätskor som består av dipolmolekyler bildar kontinuerligt och bryter dipol-dipolbindningar med flera molekyler. Dessa obligationer är den näst starkaste av de fyra typerna.

När en dipolmolekyl närmar sig en neutral molekyl blir den neutrala molekylen något laddad vid den punkt närmast dipolmolekylen. Positiva dipoler inducerar en negativ laddning i den neutrala molekylen medan negativa dipoler inducerar en positiv laddning. De resulterande motsatta laddningarna lockar, och den svaga bindningen som skapas kallas en dipolinducerad dipolbindning.

När två neutrala molekyler blir tillfälliga dipoler eftersom deras elektroner av en slump har samlats på ena sidan, de två molekylerna kan bilda en svag tillfällig elektrostatisk bindning med den positiva sidan av en molekyl som lockas till den negativa sidan av en annan molekyl. Dessa krafter kallas dispersionskrafter i London, och de bildar den svagaste av de fyra typerna av vätskeintermolekylära bindningar.

När en vätska har många starka bindningar tenderar molekylerna att hålla ihop och den latenta förångningsvärmen höjs. Vatten har till exempel dipolmolekyler med syreatomen negativt laddade och väteatomerna positivt laddade. Molekylerna bildar starka vätebindningar och vatten har en motsvarande hög latent förångningsvärme. När det inte finns några starka bindningar kan uppvärmning av en vätska enkelt frigöra molekylerna för att bilda en gas och den latenta förångningsvärmen är låg.