Entalpia di vaporizzazione: esercizi svolti

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. La vaporizzazione di un campione corrisponde al suo passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso. Questo cambiamento di stato richiede una grande quantità di calore per separare le molecole l’una dall’altra.

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.

L’entalpia di vaporizzazione è una funzione della pressione a cui avviene tale trasformazione. Il calore di vaporizzazione diminuisce con l’aumentare della temperatura e svanisce completamente a un certo punto chiamato temperatura critica

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 = ΔH_vap ( mole)

in cui q è il calore coinvolto, ΔH_vap  è l’entalpia di vaporizzazione

Esercizi svolti sull’entalpia di vaporizzazione

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 = ΔH_vap ( 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 ΔH_vap = 2259 J/g = 540 cal/g

Poiché il ΔH_vap 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 = ΔH_vap ( mole) si ha:

q = 40.7 kJ/mol ∙ 1.39 mol = 56.6 kJ

per l’intero processo occorreranno 56.6 + 9.41 = 66.0 kJ