वाष्पीकरण की तापीय धारिता

पानी, मेथनॉल, बेंजीन और एसीटोन के लिए वाष्पीकरण की ऊष्मा की तापमान-निर्भरता

वाष्पीकरण की तापीय धारिता (प्रतीक ∆H_vap), जिसे वाष्पीकरण की (अव्यक्त) ऊष्मा या वाष्पीकरण की ऊष्मा के रूप में भी जाना जाता है, ऊर्जा की वह मात्रा (तापीय धारिता) है, जिसे उस पदार्थ की मात्रा को गैस में परिवर्तित करने के लिए तरल पदार्थ में जोड़ा जाना चाहिए। वाष्पीकरण की तापीय धारिता दबाव का एक कार्य है जिस पर रूपांतरण (वाष्पीकरण या वाष्पीकरण) होता है।

वाष्पीकरण की तापीय धारिता अधिकांशतः पदार्थ के सामान्य क्वथनांक के लिए उद्धृत किया जाता है। चूँकि सारणीबद्ध मानों को सामान्यतः 298 K तक संशोधित किया जाता है, लेकिन यह संशोधन अधिकांशतः मापे गए मान में अनिश्चितता से कम होता है।

वाष्पीकरण की ऊष्मा तापमान पर निर्भर होती है, चूँकि वाष्पीकरण की निरंतर ऊष्मा को छोटे तापमान रेंज और कम तापमान $T_{r}$${}\ll 1$ के लिए माना जा सकता है। बढ़ते तापमान के साथ वाष्पीकरण की ऊष्मा कम हो जाती है और यह निश्चित बिंदु पर पूरी तरह से लुप्त हो जाती है, जिसे महत्वपूर्ण तापमान ($T_{r}=1$) कहा जाता है। महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर, तरल और वाष्प चरण अप्रभेद्य होते हैं, और पदार्थ को अत्यंत सूक्ष्म तरल कहा जाता है।

इकाइयां

मान सामान्यतः J/mol (इकाई), या kJ/mol (वाष्पीकरण की मोलर तापीय धारिता) में उद्धृत किए जाते हैं, चूँकि kJ/kg, या J/g (वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा), और पुरानी इकाइयां जैसे kcal/mol, cal/g और Btu/lb कभी-कभी दूसरों के बीच भी उपयोग किया जाता है।

संघनन की तापीय धारिता

संक्षेपण की तापीय धारिता (या संघनन की ऊष्मा) परिभाषा के अनुसार विपरीत संकेत के साथ वाष्पीकरण की तापीय धारिता के बराबर है: वाष्पीकरण की तापीय धारिता परिवर्तन सदैव धनात्मक होते हैं (पदार्थ द्वारा ऊष्मा अवशोषित होती है), जबकि संघनन के तापीय धारिता परिवर्तन सदैव ऋणात्मक होते हैं (ऊष्मा पदार्थ द्वारा छोड़ी जाता है)।

थर्मोडायनामिक पृष्ठभूमि

File:Heat Content of Zn(c,l,g).PNG

298.15 K से ऊपर और 1 atm दाब पर जिंक की मोलर तापीय धारिता, गलनांक और क्वथनांक पर असांतत्य दर्शाती है। जिंक के पिघलने की तापीय धारिता (ΔH°m) 7323 J/mol, है और वाष्पीकरण की तापीय धारिता (ΔH°v) 115330 J/mol है।

वाष्पीकरण की तापीय धारिता के रूप में लिखा जा सकता है

$\Delta H_{\text{vap}}=\Delta U_{\text{vap}}+p\,\Delta V$

यह तरल चरण की तुलना में वाष्प चरण की बढ़ी हुई आंतरिक ऊर्जा के बराबर है, साथ ही परिवेशी दबाव के विरुद्ध किए गए कार्य के बराबर है। आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि को तरल (या ठोस, उर्ध्वपातन की स्थिति में) में अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं को दूर करने के लिए आवश्यक ऊर्जा के रूप में देखा जा सकता है। इसलिए हीलियम में वाष्पीकरण की विशेष रूप से कम तापीय धारिता, 0.0845 kJ/mol होती है, क्योंकि हीलियम परमाणुओं के बीच वैन डेर वाल्स बल विशेष रूप से अशक्त होते हैं। दूसरी ओर, तरल पानी में अणुओं को अपेक्षाकृत कठोर हाइड्रोजन बंध द्वारा एक साथ रखा जाता है, और इसकी वाष्पीकरण की तापीय धारिता, 40.65 kJ/mol, पानी की समान मात्रा को 0°C से 100 °C (c_p= 75.3 J/K·mol) से गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा से पांच गुना से अधिक है। चूँकि, इंटरमॉलिक्युलर बलों की शक्ति को मापने के लिए वाष्पीकरण की तापीय धारिता का उपयोग करते समय सावधानी बरतनी चाहिए, क्योंकि ये बल गैस चरण में एक सीमा तक बने रह सकते हैं (जैसा कि हाइड्रोजिन फ्लोराइड की स्थिति में होता है), और इसलिए बॉन्ड का परिकलित मान शक्ति बहुत कम होगी। यह धातुओं के बारे में विशेष रूप से सच है, जो अधिकांशतः गैस चरण में सहसंयोजक बंध अणु बनाते हैं: इन स्थितियों में, बंधन ऊर्जा का सही मान प्राप्त करने के लिए परमाणुकरण तापीय धारिता का उपयोग किया जाना चाहिए।

वैकल्पिक विवरण यह है कि संघनन की तापीय धारिता को उस ऊष्मा के रूप में देखा जाए जिसे किसी गैस के द्रव में संघनित होने पर एन्ट्रापी में गिरावट की भरपाई के लिए परिवेश में छोड़ा जाना चाहिए। चूँकि द्रव और गैस क्वथनांक (T_b) पर साम्यावस्था में होते हैं, Δ_vG = 0, जिसके परिणामस्वरूप:

$\Delta _{\text{v}}S=S_{\text{gas}}-S_{\text{liquid}}={\frac {\Delta _{\text{v}}H}{T_{\text{b}}}}$

चूंकि तापमान के साथ न तो एन्ट्रापी और न ही तापीय धारिता बहुत भिन्न होती है, इसलिए 298 K से तापमान में अंतर के लिए बिना किसी संशोधन के सारणीबद्ध मानक मानों का उपयोग करना सामान्य है। यदि दबाव 100 पास्कल (इकाई) से भिन्न है, तो संशोधन किया जाना चाहिए, क्योंकि गैस की एन्ट्रापी उसके दबाव के समानुपाती होती है (या, अधिक स्पष्ट रूप से, इसकी उग्रता के लिए)। तरल पदार्थ की एन्ट्रापी दबाव के साथ बहुत कम भिन्न होती है, क्योंकि तरल की संपीड्यता छोटी होती है।

ये दो परिभाषाएँ समतुल्य हैं: क्वथनांक वह तापमान है जिस पर गैस चरण की बढ़ी हुई एन्ट्रापी इंटरमॉलिक्युलर बलों पर प्रभावी हो जाती है। चूंकि पदार्थ की दी गई मात्रा में संघनित चरण की तुलना में गैस चरण में सदैव उच्च एन्ट्रापी होती है ($\Delta _{\text{v}}S$ सदैव सकारात्मक होता है), और इस से

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$

गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन बढ़ते तापमान के साथ गिरता है: गैसों को उच्च तापमान पर पसंद किया जाता है, जैसा कि अभ्यास में देखा गया है।

इलेक्ट्रोलाइट विलयनों की वाष्पीकरण तापीय धारिता

इलेक्ट्रोलाइट विलयनों के वाष्पीकरण की तापीय धारिता का अनुमान केवल रासायनिक उष्मागतिकीय मॉडल, जैसे पित्जर मॉडल या टीसीपीसी मॉडल के आधार पर समीकरणों का उपयोग करके किया जा सकता है।

चयनित मान

तत्व

Enthalpies of vaporization of the elements
	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Group →
↓ Period
1	H0.44936																		He0.0845
2	Li145.92	Be292.40												B489.7	C355.8	N2.7928	O3.4099	F3.2698	Ne1.7326
3	Na96.96	Mg127.4												Al293.4	Si300	P12.129	S1.7175	Cl10.2	Ar6.447
4	K79.87	Ca153.6		Sc314.2	Ti421	V452	Cr344.3	Mn226	Fe349.6	Co376.5	Ni370.4	Cu300.3	Zn115.3	Ga258.7	Ge330.9	As34.76	Se26.3	Br15.438	Kr9.029
5	Rb72.216	Sr144		Y363	Zr581.6	Nb696.6	Mo598	Tc660	Ru595	Rh493	Pd357	Ag250.58	Cd100	In231.5	Sn295.8	Sb77.14	Te52.55	I20.752	Xe12.636
6	Cs67.74	Ba142		Lun/a	Hf575	Ta743	W824	Re715	Os627.6	Ir604	Pt510	Au334.4	Hg59.229	Tl164.1	Pb177.7	Bi104.8	Po60.1	At27.2	Rn16.4
7	Frn/a	Ra37		Lrn/a	Rfn/a	Dbn/a	Sgn/a	Bhn/a	Hsn/a	Mtn/a	Dsn/a	Rgn/a	Cnn/a	Nhn/a	Fln/a	Mcn/a	Lvn/a	Tsn/a	Ogn/a
				La414	Ce414	Prn/a	Ndn/a	Pmn/a	Smn/a	Eun/a	Gdn/a	Tbn/a	Dyn/a	Hon/a	Ern/a	Tmn/a	Ybn/a
				Acn/a	Th514.4	Pan/a	Un/a	Npn/a	Pun/a	Amn/a	Cmn/a	Bkn/a	Cfn/a	Esn/a	Fmn/a	Mdn/a	Non/a
	Enthalpy in kJ/mol, measured at their respective normal boiling points
	0–10 kJ/mol			10–100 kJ/mol			100–300 kJ/mol			>300 kJ/mol

धातुओं का वाष्पीकरण धातु वाष्प संश्लेषण में महत्वपूर्ण चरण है, जो थोक तत्वों के सापेक्ष धातु के परमाणुओं या छोटे कणों की बढ़ती प्रतिक्रियाशीलता का शोषण करता है।

अन्य सामान्य पदार्थ

सामान्य पदार्थों के वाष्पीकरण की तापीय धारिता, उनके संबंधित मानक क्वथनांक पर मापी जाती है:

यौगिक	क्वथनांक, सामान्य दबाव पर			वाष्पीकरण का ताप
	(K)	(°C)	(°F)	(J/mol)	(J/g)
एसीटोन	329	56	133	31300	538.9
एल्यूमीनियम	2792	2519	4566	294000	10500
अमोनिया	240	−33.34	−28	23350	1371
ब्यूटेन	272–274	−1	30–34	21000	320
डायइथाइल इथर	307.8	34.6	94.3	26170	353.1
इथेनॉल	352	78.37	173	38600	841
हाइड्रोजन (पैराहाइड्रोजन)	20.271	−252.879	−423.182	899.2	446.1
आयरन	3134	2862	5182	340000	6090
आइसोप्रोपाइल एल्कोहल	356	82.6	181	44000	732.2
मीथेन	112	−161	−259	8170	480.6
मेथनॉल	338	64.7	148	35200	1104
प्रोपेन	231	−42	−44	15700	356
फॉस्फीन	185	−87.7	−126	14600	429.4
जल	373.15	100	212	40660	2257

यह भी देखें

• क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध
• शिमांस्की समीकरण, वाष्पीकरण की ऊष्मा की तापमान निर्भरता का वर्णन करता है।
• संलयन की तापीय धारिता, पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा
• उर्ध्वपातन की तापीय धारिता
• जॉबैक विधि, आणविक संरचनाओं से सामान्य क्वथनांक पर वाष्पीकरण की ऊष्मा का अनुमान
• अव्यक्त ऊष्मा

संदर्भ

• CODATA Key Values for Thermodynamics
• Gmelin, Leopold (1985). Gmelin-Handbuch der anorganischen Chemie / 08 a (8., völlig neu bearb. Aufl. ed.). Berlin [u.a.]: Springer. pp. 116–117. ISBN 978-3-540-93516-2.
• NIST Chemistry WebBook
• Young, Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. (1982). University physics (6th ed.). Reading, Mass.: Addison-Wesley. ISBN 978-0-201-07199-3.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)