Calor de vaporización: definición y ecuación

¿Qué es el calor de vaporización?

Las sustancias existen en tres fases diferentes: sólida, líquida y gaseosa. Calentar y enfriar una sustancia puede transformarla de una fase a otra. La vaporización es el cambio de fase que ocurre cuando un líquido se transforma en gas.

Las sustancias requieren una cantidad específica de calor para sufrir los cambios físicos necesarios para cambiar de fase. La energía o calor consumido por unidad de masa durante la vaporización de un líquido se denomina calor de vaporización o entalpía de vaporización. Para condensar el vapor de agua a su fase líquida, se debe eliminar energía del gas. La energía por unidad de masa requerida para condensar el vapor de agua es igual al calor de vaporización.

Ejemplo de calor de vaporización

El agua en una tetera sufre un aumento de temperatura cuando el calor lo proporciona la llama de la estufa. Digamos que calentamos un kilogramo de agua a temperatura ambiente hasta que hierva en una tetera. En este gráfico, la temperatura de un kilogramo de agua se representa frente a la cantidad de calor absorbido.

El gráfico muestra tres partes distintas:

• Parte I: Primero, la temperatura aumenta de temperatura ambiente a 100 grados Celsius cuando comienza la ebullición.
• Parte II: En este punto, la energía sigue siendo absorbida, pero la temperatura permanece en 100 grados. Este es el caso cuando las características físicas del agua cambian para transformarse en vapor. El calor consumido se utiliza para impulsar esos cambios.
• Parte III: Después de que toda el agua se transforma en vapor (vapor), la energía absorbida por el vapor se usa para aumentar la temperatura nuevamente.

Las moléculas deben reorganizarse y las fuerzas intermoleculares, como los enlaces iónicos, los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de dispersión de London, deben romperse para que una sustancia cambie de fase. Estos cambios están representados por la demanda de energía. Como puede ver, la disposición de las moléculas en los sólidos es muy diferente a la de los líquidos y los gases. Las moléculas de un sólido suelen disponerse en una red periódica, mientras que en los líquidos, las moléculas no tienen una disposición periódica. Las moléculas de una sustancia gaseosa se mueven constantemente, lo que dificulta el seguimiento de su posición.

Además, la fuerza de las fuerzas intermoleculares entre moléculas es significativamente mayor en sólidos y líquidos en comparación con los gases. Las moléculas en un líquido y un sólido están compactas debido a las fuertes fuerzas intermoleculares. En un gas, sin embargo, no hay fuerzas intermoleculares entre moléculas y la distancia media entre moléculas aumenta considerablemente.

El calor absorbido por una llama encendida se utiliza para romper las fuerzas intermoleculares en el agua y aumentar la distancia interatómica entre las moléculas de agua. Debido a que la energía se utiliza para romper las fuerzas intermoleculares, no hay aumento de temperatura cuando el agua está hirviendo.

La vaporización de una determinada cantidad de agua requiere una determinada cantidad de energía. Debido a que diferentes cantidades de agua tienen diferentes números de enlaces químicos, la cantidad de energía requerida para vaporizar el agua cambia dependiendo de la cantidad de agua que se va a vaporizar. Por ejemplo, vaporizar el agua de una tetera requiere menos energía que vaporizar toda el agua de un estanque. Por tanto, las unidades de calor de vaporización se dan en julios por kilogramo (J / Kg) o kilojulios por kilogramo (kJ / Kg).

Calor de vaporización por sustancia

El calor de vaporización también varía entre sustancias porque el tipo de fuerza intermolecular varía entre sustancias. Por ejemplo, el nitrógeno no tendrá el mismo calor de vaporización que el cobre porque las fuerzas intermoleculares son diferentes en cada sustancia.

Esta tabla muestra el calor de vaporización de algunas moléculas. El helio, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno tienen el calor más bajo de vaporización porque el tipo de fuerzas intermoleculares en estas sustancias son más débiles que las de otras sustancias.

Tabla 1: Calor de vaporización por sustancia

Ecuación de calor de vaporización

Para calcular el calor necesario para vaporizar una sustancia, se utiliza el calor de vaporización junto con la masa del líquido a vaporizar. Aquí está la ecuación del calor de vaporización:

Q = m * Hv

En esta ecuación:

• Q es el calor o la energía requerida
• m es la masa
• Hv es el calor de vaporización

Por ejemplo, el calor proporcionado durante la vaporización de 2 kg de agua es:

Q = (2 kg) * (2256 kJ / Kg)

Después de multiplicar 2 * 2256, obtenemos:

Q = 4.512 kJ

Del mismo modo, el calor utilizado para vaporizar la misma cantidad de etanol (alcohol etílico) es

Q = (2 kg) * (854 kJ / Kg)

Después de multiplicar 2 * 854, obtenemos:

Q = 1,708 kJ

Como puede ver, el calor utilizado para vaporizar el etanol (1.708 kJ) es considerablemente menor que el calor necesario para vaporizar el agua (4.512 kJ). Eso es porque la energía consumida en el proceso de vaporización depende principalmente de la cantidad y naturaleza de las fuerzas intermoleculares en la sustancia a vaporizar.

Resumen de la lección

En resumen, el calor de vaporización de una sustancia es el calor o la energía por unidad de masa necesaria para convertir un líquido en gas. El calor de vaporización se ve afectado por el tipo y la cantidad de enlaces de cada sustancia. Puede utilizar la ecuación de calor de vaporización:

Q = m * Hv

para calcular el calor necesario para vaporizar un líquido.

En esta ecuación:

• Q es el calor o la energía requerida
• m es la masa
• Hv es el calor de vaporización

Rodrigo Ricardo Editor y fundador