L’entalpia di vaporizzazione è la quantità di calore necessaria per vaporizzare una mole di sostanza al suo punto di ebollizione alla pressione di 1 atm. Nel Sistema Internazionale viene espressa in kJ/mol anche se a volte viene espressa in J/g. Quando si parla di entalpia di vaporizzazione non vi è variazione di temperatura in quanto il calore erogato serve solo a far passare la specie che si trova alla sua temperatura di ebollizione dallo stato liquido a quello di vapore.
Ogni sostanza ha una specifica entalpia di vaporizzazione che è tabulata, in particolare l’entalpia di vaporizzazione dell’acqua è di 40.7 kJ/mol. La relazione tra calore q ed entalpia viene data dalla seguente equazione:
q = ΔHvap ( mole)
in cui q è il calore coinvolto, ΔHvap è l’entalpia di vaporizzazione
Esercizi svolti
1) Una massa pari a 49.5 g di acqua vengono portati alla temperatura di ebollizione. Calcolare l’entalpia di vaporizzazione
Le moli di acqua sono pari a 49.5 g / 18.02 g/mol= 2.75
L’entalpia di vaporizzazione dell’acqua è di 40.7 kJ/mol
Applicando l’equazione q = ΔHvap ( mole) si ha:
q = 40.7 kJ/mol ∙ 2.75 mol = 111.8 kJ
2) Calcolare l’entalpia di vaporizzazione dell’acqua in J/g e in cal/g
Da un punto di vista dimensionale: J/mol / g/mol = J/mol
40.7 kJ/mol = 40700 J/mol
Dividiamo questo valore per il peso molecolare dell’acqua e otteniamo:
40700 J/mol / 18.02 g/mol = 2259 J/g
Sapendo che 1 cal = 4.18 J si ha
2259 J ∙ 1 cal / 4.18 J = 540 cal
Da cui 540 cal/g
3) Calcolare la quantità di calore in Joule e in calorie necessario per far passare 25.0 g di acqua dalla sua temperatura di ebollizione allo stato di vapore sapendo che ΔHvap = 2259 J/g = 540 cal/g
Poiché il ΔHvap ci viene dato in J/g non si devono calcolare le moli di acqua pertanto:
q = 2259 J/g ∙25.0 g = 5.65 ∙ 104 J ( si noti che il risultato deve essere espresso con 3 cifre significative pertanto scrivere 56475 non è corretto)
Analogamente q = 540 cal/g ∙ 25.0 g = 1.35∙ 104 cal
1) L’acqua può esistere in forma di vapore alla temperatura di 100 °C. Calcolare il calore che bisogna sottrarre affinché 80.1 g di acqua sotto forma di vapore passino allo stato liquido.
Il calore necessario per il passaggio liquido-vapore è lo stesso di quello necessario al passaggio vapore-liquido. La differenza è che nel primo caso il calore va erogato mentre nel secondo va sottratto.
Moli di acqua = 80.1 g/ 18.02 g/mol = 4.45
Q = 40.7 kJ/mol ∙ 4.45 mol = 181 kJ
2) L’entalpia molare di vaporizzazione dell’acqua è 40.7 kJ/mol e il suo calore specifico è 4.18 J/g°C.
Calcolare il calore necessario per portare 25.0 g di acqua dalla temperatura di 10.0 °C allo stato di vapore
Dobbiamo per primo calcolare il calore necessario per portare l’acqua da 10.0 a 100 °C
q = m ∙ c ∙ ΔT
Da cui q = 25.0 ∙ 4.18 ( 100 – 10) = 9.41 ∙ 103 J = 9.41 kJ
Poi dobbiamo calcolare il calore necessario per la vaporizzazione; per fare ciò dobbiamo calcolare le moli di acqua:
moli di acqua = 25.0 g / 18.02 g/mol = 1.39
poi applicando l’equazione q = ΔHvap ( mole) si ha:
q = 40.7 kJ/mol ∙ 1.39 mol = 56.6 kJ
per l’intero processo occorreranno 56.6 + 1.39 = 58.0 kJ