Entalpía de vaporización

La entalpía de vaporización es la cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso. Se representa por $\Delta {}H_{\mathrm {vap} }$ , por ser una entalpía. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten.^[1]

Contexto termodinámico editar

La entalpía de vaporización se puede expresar como

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

Es igual al aumento de energía interna de la fase de vapor en comparación con la fase líquida, más el trabajo realizado contra la presión ambiental. El aumento de la energía interna puede verse como la energía necesaria para superar las interacciones intermoleculares en el líquido (o sólido, en el caso de sublimación) . Por lo tanto, el helio tiene una entalpía de vaporización particularmente baja, 0,0845 kJ/mol, ya que las fuerzas de van der Waals entre los átomos de helio son particularmente débiles. Por otro lado, las moléculas en el agua líquida se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno relativamente fuertes, y su entalpía de vaporización, 40. 65 kJ/ mol, es más de cinco veces la energía necesaria para calentar la misma cantidad de agua de 0 °C a 100 °C (c_p = 75,3 J/K·mol). Sin embargo, se debe tener cuidado al usar entalpías de vaporización para "medir" la fuerza de las fuerzas intermoleculares, ya que estas fuerzas pueden persistir hasta cierto punto en la fase gaseosa (como es el caso del fluoruro de hidrógeno), por lo que el valor calculado de la fuerza de enlace será demasiado bajo. Esto es particularmente cierto en el caso de los metales, que a menudo forman moléculas de enlazadas covalentemente en la fase gaseosa: en estos casos, la entalpía de atomización debe utilizarse para obtener un valor real de la energía de enlace.

Una descripción alternativa es ver la entalpía de condensación como el calor que debe liberarse a los alrededores para compensar la caída de entropía cuando un gas se condensa en un líquido. Como el líquido y el gas están en equilibrio en el punto de ebullición (T_b), Δ_vG = 0, lo cual resulta en:

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

Como ni la entropía ni la entalpía varían mucho con la temperatura, es normal usar los valores estándar tabulados sin ninguna corrección por la diferencia de temperatura de 298 K. Se debe corregir si la presión es diferente de 100 kPa, ya que la entropía de un gas es proporcional a su presión (o, más precisamente, a su fugacidad ): las entropías de los líquidos varían poco con la presión, ya que la compresibilidad de un líquido es pequeña.

Estas dos definiciones son equivalentes: el punto de ebullición es la temperatura a la que el aumento de entropía de la fase gaseosa supera las fuerzas intermoleculares. Como una cantidad dada de materia siempre tiene una entropía más alta en la fase gaseosa que en la fase condensada ( $\Delta _{\text{v}}S$ siempre es positivo) y de $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$ ,

el cambio de energía libre de Gibbs disminuye al aumentar la temperatura: los gases se ven favorecidos a temperaturas más altas, como se observa en la práctica.

Valores seleccionados editar

Entalpías de vaporización de algunas sustancias comunes, medidas a sus respectivos puntos de ebullición.

Compuesto	Entalpía de vaporización (KJ mol⁻¹)	Calor de vaporización (KJ kg⁻¹)
Agua	40,656	2257
Acetona	32,0
Amoníaco	23,4	1371
Argon	6,5 *
Benceno	30,8 *
Butano	21,0	320
Etanol	43,5	841
Fosfina	14,6	429,4
Helio	0,084 *
Hidrógeno	0,46	451,9
Mercurio	59,3 *
Metano	8,2	760
Metanol	35,3	1104
Propano	15,7	356

* a 1 bar

En cada uno de los elementos químicos:

Elemento	Calor de vaporización (kJ/mol)
Actinio	n/a
Aluminio	293.4
Antimonio	77.14
Argon	6.447
Arsénico	34.76
Ástato	116
Azufre	1.7175
Bario	142
Berilio	292.40
Bismuto	104.8
Boro	489.7
Bromo	15.438
Cadmio	100
Cesio	67.74
Calcio	153.6
Carbono	355.8
Cerio	414
Cinc	115.3
Circonio	58.2
Cloro	10.2
Cromo	344.3
Cobalto	376.5
Cobre	300.3
Escandio	314.2
Estaño	295.8
Estroncio	144
Flúor	3.2698
Galio	258.7
Germanio	330.9
Fósforo	12.129
Hafnio	575
Helio	0.0845
Hidrógeno	0.44936
Indio	231.5
Iridio	604
Hierro	349.6
Itrio	363
Kriptón	9.029
Lantano	414
Litio	145.92
Magnesio	127.4
Manganeso	226
Mercurio	59.229
Molibdeno	598
Neón	1.7326
Neptunio	n/a
Níquel	370.4
Niobio	696.6
Nitrógeno	2.7928
Oro	334.4
Osmio	627.6
Oxígeno	3.4099
Paladio	357
Plata	250.58
Platino	510
Plomo	177.7
Polonio	60.1
Potasio	79.88
Radio	37
Radón	16.4
Renio	715
Rodio	493
Rubidio	72.216
Rutenio	595
Selenio	26.3
Silicio	384.22
Sodio	96.96
Tantalio	743
Tecnecio	660
Telurio	52.55
Talio	164.1
Torio	514.4
Titanio	421
Tungsteno	824
Vanadio	452
Xenón	12.636
Yodo	20.752

Entalpías de vaporización de los elementos químicos editar

La siguiente tabla muestra la entalpía de vaporización de los elementos en condiciones de laboratorio expresadas en kJ/mol de acuerdo con su situación en la tabla periódica:

H
0,44936

He
0,0845

Li
145,92

Be
292,4

B
489,7

C
355,8

N
2,7928

O
3,4099

F
3,2698

Ne
1,7326

Na
96,96

Mg
127,4