Enthalpie de vaporisation - Enthalpy of vaporization

Dépendance de la température des chaleurs de vaporisation pour l'eau, le méthanol, le benzène et l'acétone

L' enthalpie de vaporisation (symbole H vap ), également appelée chaleur (latente) de vaporisation ou chaleur d'évaporation , est la quantité d'énergie ( enthalpie ) qui doit être ajoutée à une substance liquide pour transformer une quantité de cette substance en un gaz. L'enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

L'enthalpie de vaporisation est souvent indiquée pour la température d'ébullition normale de la substance. Bien que les valeurs tabulées soient généralement corrigées à 298  K , cette correction est souvent inférieure à l' incertitude de la valeur mesurée.

La chaleur de vaporisation dépend de la température, bien qu'une chaleur de vaporisation constante puisse être supposée pour de petites plages de température et pour une température réduite . La chaleur de vaporisation diminue avec l'augmentation de la température et elle disparaît complètement à un certain point appelé température critique ( ). Au-dessus de la température critique , les phases liquide et vapeur sont indiscernables et la substance est appelée fluide supercritique .

Unités

Les valeurs sont généralement exprimées en J / mol , ou kJ/mol (enthalpie molaire de vaporisation), bien que kJ/kg, ou J/g (chaleur spécifique de vaporisation), et des unités plus anciennes comme kcal /mol, cal/g et Btu / lb sont parfois encore utilisés parmi d'autres.

Enthalpie de condensation

L' enthalpie de condensation (ou chaleur de condensation ) est par définition égale à l'enthalpie de vaporisation avec le signe opposé : les changements d'enthalpie de vaporisation sont toujours positifs (la chaleur est absorbée par la substance), alors que les changements d'enthalpie de condensation sont toujours négatifs (chaleur est libéré par la substance).

Fond thermodynamique

Enthalpie molaire du zinc au-dessus de 298,15  K et à une  pression de 1 atm, montrant des discontinuités aux points de fusion et d'ébullition. L'enthalpie de fusion (Δ H °m) du zinc est de 7323  J/mol, et l'enthalpie de vaporisation (Δ H °v) est115 330  J/mol .

L'enthalpie de vaporisation peut s'écrire sous la forme

Elle est égale à l'augmentation de l'énergie interne de la phase vapeur par rapport à la phase liquide, plus le travail effectué contre la pression ambiante. L'augmentation de l'énergie interne peut être considérée comme l'énergie nécessaire pour surmonter les interactions intermoléculaires dans le liquide (ou solide, dans le cas de la sublimation ). Par conséquent, l' hélium a une enthalpie de vaporisation particulièrement faible, 0,0845 kJ/mol, car les forces de van der Waals entre les atomes d' hélium sont particulièrement faibles. D'autre part, les molécules de l' eau liquide sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène relativement fortes , et son enthalpie de vaporisation, 40,65 kJ/mol, est plus de cinq fois l'énergie nécessaire pour chauffer la même quantité d'eau de 0 °C à 100 °C ( c p  = 75,3 J/K·mol). Des précautions doivent être prises, cependant, lors de l'utilisation des enthalpies de vaporisation pour mesurer la force des forces intermoléculaires, car ces forces peuvent persister dans une certaine mesure en phase gazeuse (comme c'est le cas avec le fluorure d'hydrogène ), et donc la valeur calculée de la liaison la force sera trop faible. C'est particulièrement vrai pour les métaux, qui forment souvent des molécules liées de manière covalente en phase gazeuse : dans ces cas, l' enthalpie d'atomisation doit être utilisée pour obtenir une vraie valeur de l' énergie de liaison .

Une description alternative consiste à considérer l'enthalpie de condensation comme la chaleur qui doit être libérée dans l'environnement pour compenser la baisse d' entropie lorsqu'un gaz se condense en un liquide. Le liquide et le gaz étant en équilibre au point d'ébullition ( T b ), Δ v G  = 0, ce qui conduit à :

Comme ni l'entropie ni l' enthalpie ne varient beaucoup avec la température, il est normal d'utiliser les valeurs étalons tabulées sans aucune correction pour la différence de température à partir de 298 K. Une correction doit être apportée si la pression est différente de 100  kPa , car l'entropie d'un le gaz est proportionnel à sa pression (ou, plus précisément, à sa fugacité ) : les entropies des liquides varient peu avec la pression, car la compressibilité d'un liquide est faible.

Ces deux définitions sont équivalentes : le point d'ébullition est la température à laquelle l'entropie accrue de la phase gazeuse surmonte les forces intermoléculaires. Comme une quantité donnée de matière a toujours une entropie plus élevée dans la phase gazeuse que dans une phase condensée ( est toujours positif), et de

,

le changement d' énergie libre de Gibbs diminue avec l'augmentation de la température : les gaz sont favorisés à des températures plus élevées, comme cela est observé dans la pratique.

Enthalpie de vaporisation des solutions électrolytiques

L'estimation de l'enthalpie de vaporisation des solutions électrolytiques peut être réalisée simplement à l'aide d'équations basées sur les modèles thermodynamiques chimiques, tels que le modèle de Pitzer ou le modèle TCPC.

Valeurs sélectionnées

Éléments

1 2 3 4 5 6 7 8 9 dix 11 12 13 14 15 16 17 18
Groupe  →
↓  Période
1 H0,44936 Il0,0845
2 Li145.92 Être292.40 B489,7 C355,8 N2.7928 O3.4099 F3.2698 Ne1.7326
3 N / A96,96 mg127,4 Al293.4 Si300 P12.129 S1.7175 Cl10.2 Ar6.447
4 K79,87 Californie153,6 Sc314.2 Ti421 V452 Cr344,3 Mn226 Fe349,6 Co376,5 Ni370,4 Cu300,3 Zn115,3 Géorgie258.7 330,9 Comme34,76 Se26,3 Br15.438 Kr9.029
5 Rb72.216 Sr144 Oui363 Zr581.6 Nb696,6 Mo598 Tc660 Ru595 Rhésus493 PD357 Ag250,58 CD100 Dans231,5 Sn295,8 Sb77.14 Te52,55 je20,752 Xe12.636
6 Cs67,74 Ba142 1 astérisque Lun / A Hf575 Ta743 W824 715 Os627.6 Je604 pt510 Au334,4 Hg59.229 Tl164,1 Pb177,7 Bi104,8 60.1 À27.2 Rn16.4
7 Frn / A Ra37 1 astérisque G / Dn / A Rfn / A DBn / A Sgn / A Bhn / A Hsn / A Montn / A DSn / A Rgn / A Cnn / A Nhn / A Fln / A Mcn / A Nivn / A Tsn / A Ogn / A

1 astérisque La414 Ce414 Prn / A ndn / A après-midin / A SMn / A UEn / A Dieun / A Ton / A Dyn / A Hon / A Euhn / A Tmn / A Ybn / A
1 astérisque c.a.n / A E514,4 Pennsylvanien / A Un / A Npn / A Pun / A Un mn / A Cmn / A Noirn / A Cf.n / A Esn / A FMn / A Marylandn / A Nonn / A
 
Enthalpie en kJ/mol, mesurée à leurs points d'ébullition normaux respectifs
0-10 kJ/mol 10-100 kJ/mol 100-300 kJ/mol >300 kJ/mol

La vaporisation des métaux est une étape clé de la synthèse des vapeurs métalliques , qui exploite la réactivité accrue des atomes métalliques ou des petites particules par rapport aux éléments en vrac.

Autres substances courantes

Enthalpies de vaporisation des substances courantes, mesurées à leurs points d'ébullition standard respectifs :

Composé Point d'ébullition, à pression normale Chaleur de vaporisation
(K) (°C) (°F) ( J/mol ) (J/g)
Acétone 329g 56 133 31300 538,9
Aluminium 2792 2519 4566 294000 10500
Ammoniac 240 −33,34 −28 23350 1371
Butane 272–274 -1 30–34 21000 320
L'éther diéthylique 307.8 34,6 94,3 26170 353.1
Éthanol 352 78.37 173 38600 841
Hydrogène ( parahydrogène ) 20.271 −252,879 −423.182 899.2 446.1
Le fer 3134 2862 5182 340000 6090
Alcool isopropylique 356 82,6 181 44000 732.2
Méthane 112 −161 -259 8170 480,6
Méthanol 338 64,7 148 35200 1104
Propane 231 −42 −44 15700 356
Phosphine 185 −87,7 -126 14600 429,4
L'eau 373.15 100 212 40660 2257

Voir également

Les références