Chaleur de vaporisation et de condensation

Définir la chaleur de vaporisation.
Définir la chaleur de condensation.
Faire des calculs impliquant les chaleurs de vaporisation et de condensation.

Les sources géothermiques sont évaluées en fonction de la quantité de vapeur vaporisée générée

Combien d’énergie est disponible ?

Les ressources naturelles pour la production d’énergie sont traditionnellement des chutes d’eau ou l’utilisation de pétrole, de charbon ou d’énergie nucléaire pour produire de l’électricité. Des recherches sont menées pour rechercher d’autres sources renouvelables pour faire fonctionner les générateurs. Les sites géothermiques (comme le geyser illustré ci-dessus) sont envisagés en raison de la vapeur qu’ils produisent. Les capacités peuvent être estimées en connaissant la quantité de vapeur libérée en un temps donné sur un site particulier.

Chaleur de vaporisation et de condensation

L’énergie est absorbée dans le processus de conversion d’un liquide à son point d’ébullition en un gaz. Comme pour la fusion d’un solide, la température d’un liquide en ébullition reste constante et l’apport d’énergie sert à changer cet état. La chaleur molaire de vaporisation $(Delta H_{text{vap}})$ d’une substance est la chaleur absorbée par une mole de cette substance lors de sa conversion de liquide en gaz. Lorsqu’un gaz se condense en liquide, de la chaleur est libérée. La chaleur molaire de condensation $(Delta H_{text{cond}})$ d’une substance est la chaleur libérée par une mole de cette substance lors de sa conversion de gaz en liquide. La vaporisation et la condensation d’une substance donnée étant des processus exactement opposés, la valeur numérique de la chaleur molaire de vaporisation est la même que celle de la chaleur molaire de condensation, mais de signe opposé. En d’autres termes, $Delta H_{text{vap}} = - Delta H_{text{cond}}$ .

Lorsque 1 mole d’eau à 100°C et 1 atm de pression est convertie en 1 mole de vapeur d’eau à 100°C, 40,7 kJ de chaleur sont absorbés de l’environnement. Lorsque 1 mole de vapeur d’eau à 100°C se condense en eau liquide à 100°C, 40,7 kJ de chaleur sont libérés dans l’environnement.

$text{H}_2text{O}(l) rightarrow text{H}_2text{O}(g) qquad Delta H_{text{fus}}=40.7 text{ kJ/mol} \N- texte{H}_2text{O}(g) flèche droite texte{H}_2text{O}(l) qquad Delta H_{text{solid}}=- 40.7 texte{ kJ/mol}$

D’autres substances ont des valeurs différentes pour leurs chaleurs molaires de fusion et de vaporisation et celles-ci sont résumées dans le tableau ci-dessous .

$Delta H_{text{vap}}$ (kJ/mol)

Températures molaires de fusion et de vaporisation
Substance	. $Delta H_{text{fus}}$ Delta H_{text{fus}} (kJ/mol)
Ammonia (NH 3 )	5.65	23,4
Ethanol (C 2 H 5 OH)	4,60	43.5
Méthanol (CH 3 OH)	3,16	35,3	Oxygène (O 2 )	0,44	6.82	Eau (H 2 O)	6,01	40,7

Notez que pour toutes les substances, la chaleur de vaporisation est nettement supérieure à la chaleur de fusion. Il faut beaucoup plus d’énergie pour passer d’un état liquide à un état gazeux que d’un état solide à un état liquide. Cela est dû à la grande séparation des particules à l’état gazeux. Les valeurs des chaleurs de fusion et de vaporisation sont liées à la force des forces intermoléculaires. Toutes les substances du tableau ci-dessus, à l’exception de l’oxygène, sont capables de former des liaisons hydrogène. Par conséquent, les chaleurs de fusion et de vaporisation de l’oxygène sont beaucoup plus faibles que les autres.

Problème d’exemple : chaleur de vaporisation

Quelle masse de vapeur de méthanol se condense en liquide alors que 20.0 kJ de chaleur sont libérés ?

Etape 1 : Dresser la liste des quantités connues et planifier le problème .

Connues

$Delta H_{text{cond}}= -35.3 text{ kJ/mol}$
$text{molarité CH}_3text{OH} = 32.05 text{ kJ/mol}$

Inconnu

masse du méthanol = ? g

D’abord, le kJ de chaleur libéré lors de la condensation est multiplié par le facteur de conversion de $gauche(frac{1 text{ mol}}{-35,3 text{ kJ}} droite)$ pour trouver les moles de méthanol qui se sont condensées. Ensuite, les moles sont converties en grammes.

Étape 2 : Résoudre .

$-20,0 text{ kJ} fois frac{1 text{ mol CH}_3text{OH}}{-35,3 text{ kJ}} fois frac{32.05 text{ g CH}_3text{OH}}{1 text{ mol CH}_3text{OH}}=18,2 text{ g CH}_3text{OH}$

Étape 3 : Réfléchissez à votre résultat.

La condensation est un processus exothermique, le changement d’enthalpie est donc négatif. Un peu plus d’une demi-mole de méthanol est condensée.

Résumé

Les chaleurs molaires de condensation et de vaporisation sont définies.
Des exemples de calculs faisant intervenir ces paramètres sont illustrés.

Pratique

Calculez les problèmes 6-7 au lien ci-dessous:

http://ths.sps.lane.edu/chemweb/unit4/problems/heatcalc/index.htm

Revue

Questions

Qu’est-ce qui est commun à toutes les substances du tableau sauf l’oxygène ?
Combien de chaleur est nécessaire pour convertir 2.7 moles d’éthanol à son point d’ébullition de liquide à vapeur ?
Combien de moles d’eau se condenseront de vapeur à liquide si l’on retire 45 Kj ?

Chaleur molaire de condensation $(Delta H_{text{cond}})$ : La chaleur libérée par une mole d’une substance lorsqu’elle passe de gaz à liquide.
chaleur molaire de vaporisation $(Delta H_{text{vap}})$ : La chaleur absorbée par une mole d’une substance lorsqu’elle passe d’un liquide à un gaz.

Chimie pour les non-majors

Chaleur de vaporisation et de condensation

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Problème d’exemple : chaleur de vaporisation

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