Il calore latente della vaporizzazione è la quantità di energia termica che deve essere aggiunta a un liquido nel punto di ebollizione per vaporizzarla. Il calore è chiamato latente perché non riscalda il liquido. Supera solo le forze intermolecolari presenti nel liquido e tiene insieme le molecole, impedendo loro di scappare come un gas. Quando una quantità sufficiente di energia termica viene aggiunta al liquido per interrompere le forze intermolecolari, le molecole sono libere di lasciare la superficie del liquido e diventare lo stato di vapore del materiale da riscaldare.

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Il calore latente della vaporizzazione non riscalda il liquido ma piuttosto interrompe i legami intermolecolari per consentire la formazione dello stato di vapore del materiale. Le molecole dei liquidi sono legate da forze intermolecolari che impediscono loro di diventare un gas quando il liquido raggiunge il suo punto di ebollizione. La quantità di energia termica che deve essere aggiunta per rompere questi legami è il calore latente della vaporizzazione.

Legami intermolecolari nei liquidi

Le molecole di un liquido possono sperimentare quattro tipi di forze intermolecolari che tengono le molecole insieme e influenzano il calore della vaporizzazione. Queste forze che formano legami in molecole liquide sono chiamate forze di Van der Waals dopo che il fisico olandese Johannes van der Waals sviluppò un'equazione di stato per liquidi e gas.

Le molecole polari hanno una carica leggermente positiva su un'estremità di la molecola e una carica leggermente negativa sull'altra estremità. Sono chiamati dipoli e possono formare diversi tipi di legami intermolecolari. I dipoli che includono un atomo di idrogeno possono formare legami di idrogeno. Le molecole neutre possono diventare dipoli temporanei e sperimentare una forza chiamata forza di dispersione di Londra. La rottura di questi legami richiede energia corrispondente al calore di vaporizzazione.

Idrogeno

Il legame idrogeno è un legame dipolo-dipolo che coinvolge un atomo di idrogeno. Gli atomi di idrogeno formano legami particolarmente forti perché l'atomo di idrogeno in una molecola è un protone senza un involucro interno di elettroni, che consente al protone caricato positivamente di avvicinarsi a un dipolo caricato negativamente. La forza elettrostatica di attrazione del protone sul dipolo negativo è relativamente alta, e il legame risultante è il più forte dei quattro legami intermolecolari di un liquido.

Legami dipolo-dipolo

Quando il estremità positiva di un legame di una molecola polare con l'estremità caricata negativamente di un'altra molecola, è un legame dipolo-dipolo. I liquidi composti da molecole di dipolo formano continuamente e rompono legami dipolo-dipolo con più molecole. Questi legami sono il secondo più forte dei quattro tipi.

Dipolo-indotto dipolo-legami

Quando una molecola di dipolo si avvicina a una molecola neutra, la molecola neutra diventa leggermente carica nel punto più vicino al dipolo molecola. I dipoli positivi inducono una carica negativa nella molecola neutra mentre i dipoli negativi inducono una carica positiva. Le cariche opposte risultanti attraggono e il legame debole che viene creato è chiamato un legame dipolo indotto da dipolo.

Forze di dispersione di Londra

Quando due molecole neutre diventano dipoli temporanei perché i loro elettroni hanno per caso raccolti su un lato, le due molecole possono formare un debole legame elettrostatico temporaneo con il lato positivo di una molecola attratta sul lato negativo di un'altra molecola. Queste forze sono chiamate forze di dispersione di Londra, e formano il più debole dei quattro tipi di legami intermolecolari di un liquido.

Obbligazioni e calore di vaporizzazione

Quando un liquido ha molti legami forti, il le molecole tendono a stare insieme e il calore latente della vaporizzazione è elevato. L'acqua, per esempio, ha molecole di dipolo con l'atomo di ossigeno caricato negativamente e gli atomi di idrogeno caricati positivamente. Le molecole formano forti legami idrogeno e l'acqua ha un calore latente di vaporizzazione corrispondentemente alto. Quando non sono presenti legami forti, il riscaldamento di un liquido può liberare facilmente le molecole per formare un gas e il calore latente della vaporizzazione è basso.