KALOR PENGUAPAN: DARI AIR, ETANOL, ASETON, SIKLOHEKSANA - KIMIA - 2025

The penguapan panas atau panas penguapan adalah energi yang satu gram zat cair harus menyerap pada titik mendidih pada suhu konstan; yaitu, untuk menyelesaikan transisi dari fase cair ke fase gas. Biasanya dinyatakan dalam satuan j / g atau cal / g; dan dalam kJ / mol, jika berbicara tentang entalpi molar penguapan.

Konsep ini lebih sehari-hari daripada yang terlihat. Misalnya, banyak mesin, seperti kereta uap, bekerja dengan energi yang dilepaskan oleh uap air. Massa besar uap terlihat naik ke langit di permukaan bumi, seperti pada gambar di bawah.

Sumber: Pxhere

Selain itu, penguapan keringat pada kulit mendingin atau menyegarkan karena hilangnya energi kinetik; yang berarti penurunan suhu. Rasa segar bertambah saat angin bertiup, karena menghilangkan uap air dari tetesan keringat lebih cepat.

Panas penguapan tidak hanya bergantung pada jumlah zat, tetapi juga sifat kimianya; terutama, dari struktur molekul, dan jenis interaksi antarmolekul yang ada.

Terdiri dari apa?

Panas penguapan ( _{H uap} ) adalah variabel fisik yang mencerminkan gaya kohesi zat cair. Gaya kohesi dipahami sebagai gaya yang menahan molekul (atau atom) bersama-sama dalam fase cair. Cairan yang mudah menguap, misalnya, memiliki gaya kohesi yang lemah; sedangkan air sangat kuat.

Apa alasan satu zat cair lebih mudah menguap daripada yang lain dan akibatnya, zat tersebut membutuhkan lebih banyak panas untuk menguap seluruhnya pada titik didihnya? Jawabannya terletak pada interaksi antarmolekul atau gaya Van der Waals.

Bergantung pada struktur molekul dan identitas kimiawi zat, interaksi antarmolekulnya bervariasi, begitu pula besarnya gaya kohesi. Untuk memahami hal ini, zat berbeda dengan _uap ΔH berbeda harus dianalisis .

Energi kinetik rata-rata

Gaya kohesi dalam cairan tidak bisa terlalu kuat, jika tidak, molekulnya tidak akan bergetar. Di sini, "getar" mengacu pada pergerakan bebas dan acak setiap molekul dalam cairan. Beberapa berjalan lebih lambat, atau lebih cepat dari yang lain; artinya, tidak semua memiliki energi kinetik yang sama.

Oleh karena itu, kita berbicara tentang energi kinetik rata-rata untuk semua molekul cairan. Molekul-molekul itu dengan cukup cepat akan mampu mengatasi gaya antarmolekul yang menahannya di dalam cairan, dan akan melarikan diri ke fase gas; terlebih lagi, jika mereka berada di permukaan.

Begitu molekul pertama M dengan energi kinetik tinggi lolos, ketika energi kinetik rata-rata diperkirakan kembali, ia menurun.

Mengapa? Karena semakin cepat molekul melarikan diri ke fase gas, molekul yang lebih lambat tetap berada di dalam cairan. Kelambatan molekul yang lebih tinggi sama dengan pendinginan.

Tekanan uap

Saat molekul M lepas ke fase gas, mereka dapat kembali ke cairan; Namun jika cairan tersebut terkena lingkungan, niscaya semua molekul akan cenderung lepas dan dikatakan terjadi penguapan.

Jika cairan disimpan dalam wadah tertutup rapat, kesetimbangan gas-cair dapat dibuat; yaitu, kecepatan molekul-molekul gas keluar akan sama dengan kecepatan mereka masuk.

Tekanan yang diberikan oleh molekul gas pada permukaan zat cair dalam kesetimbangan ini dikenal sebagai tekanan uap. Jika wadah terbuka, tekanan akan lebih rendah dibandingkan dengan yang bekerja pada cairan dalam wadah tertutup.

Semakin tinggi tekanan uap, semakin mudah menguap. Semakin tidak stabil, semakin lemah kekuatan kohesinya. Dan karena itu lebih sedikit panas yang dibutuhkan untuk menguapkannya ke titik didih normalnya; yaitu, suhu di mana tekanan uap dan tekanan atmosfer sama, 760 torr atau 1atm.

Panas penguapan air

Molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen yang terkenal: H - O - H-OH ₂ . Jenis interaksi antarmolekul khusus ini, meskipun lemah jika Anda mempertimbangkan tiga atau empat molekul, sangat kuat jika menyangkut jutaan molekul.

Kalor penguapan air pada titik didihnya adalah 2260 J / g atau 40,7 kJ / mol . Apa artinya? Bahwa untuk menguapkan satu gram air pada 100ºC Anda membutuhkan 2260J (atau 40.7kJ untuk menguapkan satu mol air, yaitu sekitar 18g).

Air pada suhu tubuh manusia, 37ºC, memiliki _uap ΔH yang lebih tinggi. Mengapa? Karena, menurut definisinya, air harus dipanaskan sampai 37ºC hingga mencapai titik didihnya dan menguap seluruhnya; oleh karena itu ΔH _vap lebih tinggi (dan bahkan lebih tinggi saat suhu dingin).

Dari etanol

_Uap etanol ΔH pada titik didihnya adalah 855 J / g atau 39,3 kJ / mol. Perhatikan bahwa ia lebih rendah daripada air, karena strukturnya, CH ₃ CH ₂ OH, hampir tidak dapat membentuk ikatan hidrogen. Namun, ia terus menempati peringkat di antara cairan dengan titik didih tertinggi.

Dari aseton

_Uap ΔH aseton adalah 521 J / g atau 29,1 kJ / mol. Karena merefleksikan panas penguapannya, ia adalah cairan yang jauh lebih mudah menguap daripada air atau etanol, dan karenanya mendidih pada suhu yang lebih rendah (56ºC).

Mengapa? Karena molekul CH ₃ OCH ₃ -nya tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dan hanya dapat berinteraksi melalui gaya dipol-dipol.

Dari sikloheksana

Untuk sikloheksana, _uap ΔH- _nya adalah 358 J / g atau 30 kJ / mol. Ini terdiri dari cincin heksagonal dengan rumus C ₆ H ₁₂ . Molekulnya berinteraksi melalui gaya hamburan London, karena mereka adalah apolar dan tidak memiliki momen dipol.

Perhatikan bahwa meskipun lebih berat dari air (84g / mol vs 18g / mol), gaya kohesi lebih rendah.

Dari benzena

_Uap ΔH benzena, cincin heksagonal aromatik dengan rumus C ₆ H ₆ , adalah 395 J / g atau 30,8 kJ / mol. Seperti sikloheksana, ia berinteraksi melalui gaya dispersi; tetapi, ia juga mampu membentuk dipol dan merelokasi permukaan cincin (di mana ikatan rangkapnya terdelokalisasi) ke yang lain.

Ini menjelaskan mengapa, sebagai apolar, dan tidak terlalu berat, ia memiliki _uap ΔH yang relatif tinggi.

Dari toluene

_Uap ΔH toluena bahkan lebih tinggi dari pada benzena (33,18 kJ / mol). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa, selain yang disebutkan di atas, gugus metilnya, -CH ₃ berkolaborasi pada momen dipol toluena; juga, mereka dapat berinteraksi dengan gaya dispersi.

Dari heksana

Dan terakhir, _uap heksana ΔH adalah 335 J / g atau 28,78 kJ / mol. Strukturnya adalah CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , artinya linier, tidak seperti sikloheksana yang berbentuk heksagonal.

Meskipun massa molekulnya sangat sedikit berbeda (86g / mol vs 84g / mol), struktur siklik secara langsung mempengaruhi cara molekul berinteraksi. Sebagai cincin, gaya dispersi lebih efektif; di sisi lain, mereka lebih "salah" dalam struktur linier heksana.

Nilai _uap ΔH untuk konflik heksana dengan aseton. Pada prinsipnya, heksana, karena memiliki titik didih yang lebih tinggi (81ºC), seharusnya memiliki _uap ΔH yang lebih besar daripada aseton, yang mendidih pada suhu 56ºC.

Perbedaannya adalah aseton memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi daripada heksana. Ini berarti bahwa untuk memanaskan satu gram aseton dari 30 ° C menjadi 56 ° C dan menguapkannya, diperlukan lebih banyak panas daripada yang digunakan untuk memanaskan satu gram heksana dari 30 ° C hingga titik didihnya 68 ° C.

Referensi

1. TutorVista. (2018). Entalpi Penguapan. Diperoleh dari: chemistry.tutorvista.com
2. Kimia LibreTexts. (3 April 2018). Panas Penguapan. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
3. Bank Data Dortmund. (sf). Kalor Standar Penguapan Sikloheksana. Diperoleh dari: ddbst.com
4. Chickos JS & Acree WE (2003). Entalpi Penguapan Senyawa Organik dan Organologam, 1880-2002. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 32, No.2.
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm. 461-464.
6. Khan Academy. (2018). Kapasitas kalor, kalor penguapan dan densitas air. Diperoleh dari: es.khanacademy.org