Calori di vaporizzazione e condensazione

Definire il calore di vaporizzazione.

Le fonti geotermiche sono valutate in base alla quantità di vapore vaporizzato generato

Quanta energia è disponibile?

Le risorse naturali per la generazione di energia sono state tradizionalmente cascate o l’uso di petrolio, carbone o energia nucleare per generare elettricità. Si stanno facendo ricerche per cercare altre fonti rinnovabili per far funzionare i generatori. I siti geotermici (come il geyser nella foto sopra) sono considerati per il vapore che producono. Le capacità possono essere stimate sapendo quanto vapore viene rilasciato in un dato tempo in un particolare sito.

Calore di vaporizzazione e condensazione

L’energia viene assorbita nel processo di conversione di un liquido al suo punto di ebollizione in un gas. Come per la fusione di un solido, la temperatura di un liquido in ebollizione rimane costante e l’input di energia va nel cambiamento di stato. Il calore molare di vaporizzazione $(Delta H_{text{vap}})$ di una sostanza è il calore assorbito da una mole di quella sostanza mentre si trasforma da liquido a gas. Quando un gas si condensa in un liquido, il calore viene rilasciato. Il calore molare di condensazione $(Delta H_{text{cond}})$ di una sostanza è il calore rilasciato da una mole di quella sostanza mentre viene convertita da un gas a un liquido. Poiché la vaporizzazione e la condensazione di una data sostanza sono processi esattamente opposti, il valore numerico del calore molare di vaporizzazione è uguale al valore numerico del calore molare di condensazione, ma di segno opposto. In altre parole, $Delta H_{text{vap}} = - Delta H_{text{cond}}$ .

Quando 1 mol di acqua a 100°C e 1 atm di pressione viene convertita in 1 mol di vapore acqueo a 100°C, vengono assorbiti 40,7 kJ di calore dall’ambiente circostante. Quando 1 mol di vapore acqueo a 100°C si condensa in acqua liquida a 100°C, 40,7 kJ di calore vengono rilasciati nell’ambiente circostante.

$text{H}_2text{O}(l) rightarrow text{H}_2text{O}(g) qquad Delta H_{text{fus}}=40,7 text{ kJ/mol} \ text{H}_2text{O}(g) rightarrow text{H}_2text{O}(l) qquad Delta H_{text{solid}=- 40.7 text{ kJ/mol}$

Altre sostanze hanno valori diversi per i loro calori molari di fusione e vaporizzazione e questi sono riassunti nella tabella sottostante.

Calori molari di fusione e vaporizzazione
Sostanza	$Delta H_{text{fus}}$ (kJ/mol)	$Delta H_{text{vap}}$ (kJ/mol)
	Ammonia (NH 3 )	5.65	23.4
Etanolo (C 2 H 5 OH)	4.60	43.5
Metanolo (CH 3 OH)	3.16	35.3
Ossigeno (O 2 )	0.44	6.82
Acqua (H 2 O)	6.01	40.7

Nota che per tutte le sostanze, il calore di vaporizzazione è sostanzialmente superiore al calore di fusione. È necessaria molta più energia per cambiare lo stato da un liquido a un gas che da un solido a un liquido. Ciò è dovuto alla grande separazione delle particelle nello stato gassoso. I valori dei calori di fusione e vaporizzazione sono legati alla forza delle forze intermolecolari. Tutte le sostanze della tabella precedente, ad eccezione dell’ossigeno, sono capaci di legarsi a idrogeno. Di conseguenza, i calori di fusione e vaporizzazione dell’ossigeno sono molto più bassi degli altri.

Problema esemplificativo: calore di vaporizzazione

Quale massa di vapore di metanolo si condensa in un liquido con 20. 0 kJ di calore rilasciati?0 kJ di calore vengono rilasciati?

Step 1: Elencare le quantità note e pianificare il problema .

Conosciute

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

Non conosciuto

massa metanolo = ? g

Prima il kJ di calore rilasciato nella condensazione viene moltiplicato per il fattore di conversione di $sinistra(frac{1 text{ mol}}{-35.3 text{ kJ}} destra)$ per trovare le moli di metanolo che si sono condensate. Poi, le moli sono convertite in grammi.

Step 2: Risolvi .

$-20.0 text{ kJ} times frac{1 text{ mol CH}_3text{OH}}{-35.3 text{ kJ}} times frac{32.05 text{ g CH}_3text{OH}}}{1 text{ mol CH}_3text{OH}}=18,2 text{ g CH}_3text{OH}$

Step 3: Pensa al tuo risultato.

La condensazione è un processo esotermico, quindi il cambiamento di entalpia è negativo. Poco più di mezza mole di metanolo viene condensata.

Sommario

Sono definiti i calori molari di condensazione e vaporizzazione.
Sono illustrati esempi di calcoli che coinvolgono questi parametri.

Pratica

Calcolate i problemi 6-7 al link sottostante:

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

Rassegna

Domande

Cosa è comune a tutte le sostanze della tabella tranne l’ossigeno?
Quanto calore è necessario per convertire 2.7 moli di etanolo al suo punto di ebollizione da liquido a vapore?
Quante moli di acqua condenseranno da vapore a liquido se vengono rimossi 45 Kj?

calore molare di condensazione $(Delta H_{text{cond}})$ : Il calore rilasciato da una mole di una sostanza mentre viene convertita da gas a liquido.
calore molare di vaporizzazione $(Delta H_{text{vap}})$ : Il calore assorbito da una mole di una sostanza mentre si trasforma da liquido a gas.

Chimica per non-magistrati