Fordampningsvarme

Den fordampningsvarme AQ _v er den varmen som er nødvendig for å fordampe en viss mengde av en væske, det vil si for å omdanne den fra den flytende til gassformet tilstand av aggregering . I tilfelle kondens , som er omvendt av fordampning, frigjøres samme mengde varme igjen som kondensvarme . Fordampningsvarmen er en viktig parameter i damptrykkkurven . Teknisk sett ble fordampningsvarmen til kjøling påført .

Avskjærende arbeid

For overgang fra væske til gassformet tilstand - selv om væsken allerede er ved kokepunktet - må energi tilføres. Dette separasjonsarbeidet tjener til å overvinne tiltrekningskreftene mellom væskepartiklene . Energien som brukes går ikke tapt på grunn av loven om energibesparelse , men blir en del av den indre energien U som finnes i gassen .

Separasjonsarbeidet er minst med flytende edelgasser , siden bare Van der Waals-krefter må overvinnes, med andre væskedipolmomenter eller hydrogenbindinger tilsettes. Fordampningsvarmen er enda høyere med metaller (sterk metallbinding ) og høyest med salter på grunn av den forholdsvis ekstremt sterke ionebindingen .

Endring av likevekt ved bruk av eksemplet på vann

Eksempel: For å fordampe ett kilo vann ved 100 ° C og 1013 mbar, må separasjonsarbeidet ΔU = 2088 kJ brukes. Separasjonsarbeidet for vann er relativt høyt på grunn av hydrogenbindinger mellom vannmolekylene.

Arbeid med fortrengning i isobarisk tilfelle

I tillegg avhenger mengden av fordampning som skal tilføres, av prosessbetingelsene. Forekommer det fordampning eller fordampning isobar ved konstant trykk p , som ofte er tilfelle, så må den resulterende gass for å komme seg fra væskevolumet V _F på det gassvolum V _G ekspandere, mot det ytre trykk p på fortrengningsarbeid P • (V _G - V _F ) = p AV . Den tilførte energien brukes derfor både til separasjonsarbeidet og til forskyvningsarbeidet: ΔQ _v = ΔU + p · ΔV .

Eksempel: Ved 100 ° C og 1013 mbar har ett kilo vann et volum på 1,04 dm ³ i flytende tilstand og et volum på 1,673 m ³ i gassform . Vannkonsentrasjonen i gassfasen er da 598 g / m³ ved 100 ° C (se damptrykkkurve ).

Den mengden av metning av vanndamp i luft som en funksjon av temperatur .

Volumøkningen under fordampning er derfor 1,672 m ³ og forskyvningsarbeidet utført under ekspansjon mot det ytre lufttrykket er 169 kJ. Fordampningsvarmen som skal tilføres under isobare forhold ved 100 ° C og 1013 mbar per kg vann er derfor ΔQ _v = +U + p · ΔV = 2088 kJ + 169 kJ = 2257 kJ = 2,26 MJ.

Under andre forhold, som f.eks B. fordampning i vakuum, fordampning ved konstant volum osv. Forskjellige lover gjelder.

Fordampningsvarme og fordampningens entalpi

Status og prosessvariabler :

Enthalpy H , entalpi av fordampning ΔH _V

Trykk p , væskevolum V _F , gassvolum V _G

Forskyvningsarbeid (W =) p ΔV , arbeid med volumendring W _v

Intern energi U   (separasjonsarbeid ΔU ), fordampningsvarme (tilført energi) ΔQ _v

Tilstandsvariabelen dannet av tilstandsvariablene , og${\ displaystyle U}$${\ displaystyle p}$${\ displaystyle V}$

${\ displaystyle H = U + p \ cdot V}$

kalles entalpi . Endre , og etter beløpene , og , så endre med beløpet ${\ displaystyle U}$${\ displaystyle p}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle \ Delta U}$${\ displaystyle \ Delta p}$${\ displaystyle \ Delta V}$${\ displaystyle H}$

${\ displaystyle \ Delta H = \ Delta U + V \ cdot \ Delta p + p \ cdot \ Delta V}$.

Hvis trykket forblir konstant, som i tilfellet under vurdering, er det

${\ displaystyle \ Delta H = \ Delta U + p \ cdot \ Delta V}$.

I dette isobariske tilfellet er energien tilført og distribuert over separasjons- og forskyvningsarbeidet

${\ displaystyle \ Delta Q_ {v} = \ Delta U + p \ cdot \ Delta V}$

dermed lik endringen i entalpi av systemet

${\ displaystyle \ Delta Q_ {v} = \ Delta U + p \ cdot \ Delta V = \ Delta H_ {v}}$

og kalles da også entalpi av fordampning . ${\ displaystyle \ Delta H_ {v}}$

Eksempel: fordampningsentalpi på 1 kg vann er 2257 kJ (ved 100 ° C).

Bruken av symbolet understreker at energien tilføres i form av varme, bruken av symbolet understreker at tilstandsvariabel entalpi i systemet endres. ${\ displaystyle \ Delta Q_ {v}}$${\ displaystyle \ Delta H_ {v}}$

Tallrike fordampnings- og fordampningsprosesser i hverdagen foregår under isobariske forhold fordi de aktuelle systemene er utsatt for atmosfærisk lufttrykk. Fordampningsvarmen som skal brukes, er da spesielt en fordampningsentalpi og er tabellert under dette navnet for mange stoffer.

Den stoffspesifikke fordampningsenthalpien avhenger av temperaturen, men ikke av det ytre lufttrykket. Tabellverdier er vanligvis funnet for stoffets kokepunkt (stoffets damptrykk er da 1013 mbar). Den spesifikke fordampningsvarmen relaterer seg til 1 kg (eller 1 g), fordampningens entalpi til 1 mol av fordampningsstoffet.

For en hvilken som helst temperatur kan den molare entalpien av fordampning beregnes ut fra det målte damptrykket (av stoffet som skal destilleres) ved bruk av forholdet Clausius-Clapeyron ( metningens damptrykk ).

Beregnet entalpi av fordampningstemperaturer for vann

Den molare fordampningsentalpien (i kJ / mol) kan konverteres til den spesifikke fordampningsentalpien (i kJ / g) ved å dele den med molmassen (her: 18,02 g / mol for vann).

Den molare entalpien av fordampning av vann kan beregnes i temperaturområdet fra 273 til 473 K (0 til 200 ° C) ved hjelp av følgende empiriske formel:

${\ displaystyle H_ {v} = \ left (50 {,} 09-0 {,} 9298 \ cdot {\ frac {T} {1000}} - 65 {,} 19 \ cdot \ left ({\ frac {T } {1000}} \ right) ^ {2} \ right) \ mathrm {\ frac {kJ} {mol}}.}$

Kondensvarme

Hvis gassen kondenserer igjen under de samme forholdene, frigjøres også fordampningsvarmen som brukes til fordampning igjen i form av den samme mengden kondensvarme . Man snakker da tydelig om det faktum at denne energien ble lagret i gassen i form av umerkelig latent varme . Dette er imidlertid ikke alltid termisk energi . I stedet blir fordampningsvarmen under fordampning delvis konvertert til intern energi i tekniske prosesser og delvis gitt ut til miljøet som mekanisk arbeid.

Varme av sublimering

I tilfelle av sublimering ( faseendring fra fast til gassform) snakker man om sublimeringsvarme , som i tillegg til fordampningsvarmen også inkluderer varmen fra stoffet. Vann kan også sublimere, så tøyet tørker ved temperaturer under 0 ° C.

applikasjoner

Fordampningsenergien brukes hovedsakelig til å transportere varme.

• Fordampingskjøling
• Funksjonelt grunnlag for kjøletårnet ("vedlikeholdskjøler")
• "Fordamping kjøleskap" som kan brukes uten strøm
• Vinkjøler
• kjøling av menneskekroppen gjennom svetting, for eksempel .
• Kjølemaskin / varmepumpe : fordampningsvarmen absorberes på siden som skal avkjøles (fordamper) og slippes ut på siden som skal varmes opp (kondens).
• Ved oppvarming ved forbrenning produseres forbrenningsreaksjonsproduktet vann i gassform, fordampningsvarmen er bundet i vanndampen i avgassen, og kondenserende kjeler kan gjenvinne det meste av dette.

Negative eksempler er:

• Fordamping kald :
  • ytterligere kjøling av bilvinduene med fordampet fordampning av alkoholholdige sveisetilsetningsstoffer; Derfor må disse blandingene utformes for mye lavere temperaturer enn utetemperaturen om vinteren
  • Fryser med våt hud eller klær
  • Når gass tas ut fra beholdere med flytende gass, slik som karbondioksid, nitrogen og propan, avkjøles rørledningen betydelig og må ofte varmes opp ved konveksjon av den omgivende luften, for eksempel ved hjelp av metallfinner.
• Kondensvarme:
  • Store mengder energi må brukes til å flyte gasser.
  • Den dampmaskinen og også de gass- og dampanlegg (CCGT) har en effektivitet som er redusert ved hjelp av varmen fra fordampningen av vannet, fordi spillvarmen fra kondensatoren (dersom den er tilstede) er vanligvis ikke brukes.

Oversikt over entalpier av fordampning av de kjemiske elementene

Spesifikk fordampningsenthalpi ΔH _v [kJ / g] og fordampningens molære entalpi [kJ / mol] av de rene kjemiske elementene for elementets koketemperatur og et trykk på 1013 hPa. All informasjon ble hentet fra de respektive dataoversiktene av elementene nevnt i detalj.

Hovedgruppeelementer:

Undergruppeelementer: (alle data samsvarer med de som er gitt for de enkelte elementene. Den spesifikke fordampningsenthalpien ble beregnet ut fra fordampningens molare entalpi. De gjelder elementenees kokepunkt)

weblenker

Wiktionary: Heat of vaporization  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis