Оценка энергии плавления и испарения веществ
с точки зрения электромагнитной термодинамики
Теплота плавления
Теплота испарения
Теплота плавления
Зная молекулярную массу и удельную теплоту плавления вещества, можно определить, сколько энергии надо одной его молекуле для такого изменения. Для этого надо воспользоваться формулой Eмп = Qп · μ / NA, где μ — молярная масса молекулы, NA — число Авогадро в кг-молях, Qп — удельная теплота плавления. Например, для воды это 1.0·10–20 Дж (0.062 эВ), т.е. примерно половина кванта «температуры» 0°С, для свинца — 7.73·10–21 Дж (0.05 эВ), т.е. примерно 0.19 кванта «температуры» 327°С, для железа — 2.7·10–20 Дж (0.17 эВ), т.е. примерно 0.44 кванта «температуры» 1530°С.
|
Вещество
|
Температура плавления
|
Удельная теплота плавления, Дж / кг
|
Молярная масса молекулы и тип связи
|
Теплота испарения на каждую молекулу
|
Энергия одного кванта максимума излучения при температуре плавления
|
Число квантов для плавления одной молекулы
|
Эфир этиловый
C2H5OC2H5 |
157 К (–116°С) |
1.13·105 |
74
ковалентная |
1.4·10–20 Дж (0.09 эВ) |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
1.3 |
Спирт этиловый
С2H5OH |
159 К (–114°С) |
1.05·105 |
46
ковалентная |
8.0·10–21 Дж (0.05 эВ) |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
0.74 |
Сероуглерод
CS2 |
161 К (–112°С) |
6.66·104 |
76
ковалентная |
·10–21 Дж (0.0 эВ) |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
0.76 |
Толуол
C6H5CH3 |
178 К (–95°С) |
7.21·104 |
92
ковалентная |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
1.2·10–20 Дж (0.08 эВ) |
0.90 |
Ацетон
CH3COCH3 |
179 К (–94°С) |
9.6·104 |
58
ковалентная |
9.3·10–21 Дж (0.06 эВ) |
1.2·10–20 Дж (0.08 эВ) |
0.75 |
Ртуть
Hg |
234 К (–39°С) |
1.17·104 |
200.6
металлическая |
3.9·10–21 Дж (0.02 эВ) |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
0.24 |
Бензол
C6H6 |
279 К (5.5°С) |
1.27·105 |
78
ковалентная |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
1.9·10–20 Дж (0.12 эВ) |
0.86 |
Вода
H2O |
273 К (0°С) |
3.34·105 |
18
водородная |
1.0·10–20 Дж (0.06 эВ) |
1.9·10–20 Дж (0.12 эВ) |
0.53 |
Калий
Ka |
337 К (64°С) |
6.08·104 |
39
металлическая |
3.9·10–21 Дж (0.03 эВ) |
2.3·10–20 Дж (0.14 эВ) |
0.17 |
Сплав Вуда
12.5%Sn, 25%Pb, 50%Bi, 12.5%Cd |
339 К (65.5°С) |
3.5·104 |
185
металлическая |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
2.3·10–20 Дж (0.15 эВ) |
0.46 |
Нафталин
C10H8 |
353 К (80°С) |
1.51·105 |
128
ковалентная |
3.2·10–20 Дж (0.20 эВ) |
2.4·10–20 Дж (0.15 эВ) |
1.33 |
Натрий
Na |
459 К (186°С) |
1.13·105 |
23
металлическая |
4.3·10–21 Дж (0.03 эВ) |
3.2·10–20 Дж (0.20 эВ) |
0.14 |
Литий
Li |
459 К (186°С) |
6.28·105 |
7
металлическая |
7.3·10–21 Дж (0.05 эВ) |
3.2·10–20 Дж (0.20 эВ) |
0.23 |
Олово
Sn |
505 К (232°С) |
5.9·104 |
118.7
металлическая |
1.2·10–20 Дж (0.07 эВ) |
3.5·10–20 Дж (0.22 эВ) |
0.34 |
Висмут
Bi |
544 К (271°С) |
5.0·104 |
209
металлическая |
1.7·10–20 Дж (0.10 эВ) |
3.7·10–20 Дж (0.23 эВ) |
0.47 |
Свинец
Pb |
600 К (327°С) |
2.25·104 |
207
металлическая |
7.7·10–21 Дж (0.05 эВ) |
4.1·10–20 Дж (0.25 эВ) |
0.19 |
Магний
Mg |
924 К (651°С) |
3.73·105 |
24.3
металлическая |
1.5·10–20 Дж (0.09 эВ) |
6.3·10–20 Дж (0.40 эВ) |
0.24 |
Алюминий
Al |
932 К (659°С) |
3.6·105 |
27
металлическая |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
6.4·10–20 Дж (0.40 эВ) |
0.25 |
Германий
Ge |
1231 К (958°С) |
4.78·105 |
72.5
ковалентная |
5.8·10–20 Дж (0.36 эВ) |
8.4·10–20 Дж (0.53 эВ) |
0.68 |
Серебро
Ag |
1234 К (961°С) |
8.8·104 |
108
металлическая |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
8.5·10–20 Дж (0.53 эВ) |
0.19 |
Золото
Au |
1336 К (1063°С) |
6.66·104 |
197
металлическая |
2.2·10–20 Дж (0.14 эВ) |
9.2·10–20 Дж (0.57 эВ) |
0.24 |
Медь
Cu |
1356 К (1083°С) |
2.14·105 |
63.5
металлическая |
2.3·10–21 Дж (0.14 эВ) |
9.3·10–20 Дж (0.58 эВ) |
0.24 |
Железо
Fe |
1803 К (1530°С) |
2.93·105 |
56
металлическая |
2.7·10–20 Дж (0.17 эВ) |
1.2·10–19 Дж (0.77 эВ) |
0.22 |
Для плавления металлических связей требуется от 0.14 до 0.47 кванта (в среднем 0.26), а для ковалентных — от 0.68 до 1.33 кванта (в среднем 1.05).
Теплота испарения
Попробуем оценить энергоёмкость испарения различных веществ в расчёте на одну молекулу по той же формуле, что использовалась при оценке энергоёмкости плавления (только, естественно, вместо теплоты плавления возьмём теплоту испарения).
|
Вещество
|
Температура испарения
|
Удельная теплота испарения, Дж / кг
|
Молярная масса молекулы
|
Теплота испарения на каждую молекулу
|
Энергия одного кванта максимума излучения при температуре испарения
|
Число квантов для испарения одной молекулы
|
Гелий
He |
4 К (–269°С) |
1.95·104 |
4 |
1.3·10–22 Дж (0.001 эВ) |
2.7·10–22 Дж (0.002 эВ) |
0.47 |
Водород
H2 |
20 К (–253°С) |
4.55·105 |
2 |
1.5·10–21 Дж (0.01 эВ) |
1.4·10–21 Дж (0.01 эВ) |
1.1 |
Неон
Ne |
27 К (–246°С) |
8.77·104 |
20 |
2.9·10–21 Дж (0.02 эВ) |
1.9·10–21 Дж (0.01 эВ) |
1.6 |
Азот
N2 |
77 К (–196°С) |
1.99·105 |
28 |
9.3·10–21 Дж (0.06 эВ) |
5.3·10–21 Дж (0.03 эВ) |
1.8 |
Угарный газ
CO |
82 К (–191°С) |
2.12·105 |
28 |
9.8·10–21 Дж (0.06 эВ) |
5.6·10–21 Дж (0.04 эВ) |
1.8 |
Фтор
F2 |
85 К (–188°С) |
1.7·105 |
38 |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
5.8·10–21 Дж (0.04 эВ) |
1.8 |
Аргон
Ar |
87 К (–186°С) |
1.63·105 |
40 |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
6.0·10–21 Дж (0.04 эВ) |
1.8 |
Кислород
O2 |
90 К (–183°С) |
2.13·105 |
32 |
1.1·10–20 Дж (0.07 эВ) |
6.2·10–20 Дж (0.04 эВ) |
1.8 |
Метан
CH4 |
111 К (–162°С) |
5.11·105 |
16 |
1.3·10–20 Дж (0.09 эВ) |
7.6·10–20 Дж (0.05 эВ) |
1.8 |
Этилен
C2H4 |
170 К (–103°С) |
4.82·105 |
28 |
2.2·10–20 Дж (0.14 эВ) |
1.2·10–20 Дж (0.07 эВ) |
1.9 |
Этан
C2H6 |
185 К (–88.5°С) |
4.86·105 |
30 |
2.4·10–20 Дж (0.15 эВ) |
1.3·10–20 Дж (0.08 эВ) |
1.9 |
Сероводород
H2S |
213 К (–60°С) |
5.49·105 |
34 |
3.1·10–20 Дж (0.19 эВ) |
1.5·10–20 Дж (0.09 эВ) |
2.1 |
Пропилен
C3H6 |
230 К (–43°С) |
4.40·105 |
42 |
3.1·10–20 Дж (0.19 эВ) |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
2.0 |
Пропан
C3H8 |
231 К (–42°С) |
4.27·105 |
44 |
3.1·10–20 Дж (0.20 эВ) |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
2.0 |
Хлор
Cl2 |
239 К (–34°С) |
3.06·105 |
71 |
3.6·10–20 Дж (0.23 эВ) |
1.6·10–20 Дж (0.10 эВ) |
2.2 |
Аммиак
NH3 |
240 К (–33°С) |
1.37·106 |
17 |
3.9·10–20 Дж (0.24 эВ) |
1.7·10–20 Дж (0.10 эВ) |
2.4 |
Хлористый метил
CH3Cl |
249 К (–24°С) |
4.06·105 |
50.5 |
3.4·10–20 Дж (0.21 эВ) |
1.7·10–20 Дж (0.11 эВ) |
2.0 |
Диоксид серы
SO2 |
262 К (–11°С) |
3.94·105 |
80 |
5.2·10–20 Дж (0.33 эВ) |
1.8·10–20 Дж (0.11 эВ) |
2.9 |
Бутан
C4H10 |
273 К (–0°С) |
3.87·105 |
58 |
3.8·10–20 Дж (0.23 эВ) |
1.9·10–20 Дж (0.12 эВ) |
2.0 |
Диоксид азота
NO2 |
294 К (21°С) |
7.12·105 |
46 |
5.4·10–20 Дж (0.34 эВ) |
2.0·10–20 Дж (0.13 эВ) |
2.7 |
Эфир диэтиловый
C2H5OC2H5 |
308 К (35°С) |
3.51·105 |
74 |
4.3·10–20 Дж (0.27 эВ) |
2.1·10–20 Дж (0.13 эВ) |
2.0 |
Пентан
C5H12 |
309 К (36°С) |
3.60·105 |
72 |
4.3·10–20 Дж (0.27 эВ) |
2.1·10–20 Дж (0.13 эВ) |
2.0 |
Сероуглерод
CS2 |
319 К (46°С) |
3.48·105 |
76 |
4.4·10–20 Дж (0.27 эВ) |
2.2·10–20 Дж (0.14 эВ) |
2.0 |
Ацетон
CH3COCH3 |
329 К (56°С) |
5.24·105 |
58 |
5.1·10–20 Дж (0.31 эВ) |
2.3·10–20 Дж (0.14 эВ) |
2.2 |
Спирт этиловый
C2H5OH |
351 К (78°С) |
8.46·105 |
46 |
6.5·10–20 Дж (0.40 эВ) |
2.4·10–20 Дж (0.15 эВ) |
2.7 |
Бензол
C6H6 |
353 К (80°С) |
3.96·105 |
78 |
5.1·10–20 Дж (0.32 эВ) |
2.4·10–20 Дж (0.15 эВ) |
2.1 |
Вода
H2O |
373 К (100°С) |
2.26·106 |
18 |
6.8·10–20 Дж (0.42 эВ) |
2.6·10–20 Дж (0.16 эВ) |
2.6 |
Толуол
C6H5CH3 |
384 К (111°С) |
3.65·105 |
92 |
5.6·10–20 Дж (0.35 эВ) |
2.6·10–20 Дж (0.16 эВ) |
2.1 |
Глицерин
C3H5(OH)3 |
563 К (290°С) |
8.25·105 |
92 |
1.3·10–19 Дж (0.79 эВ) |
3.9·10–20 Дж (0.24 эВ) |
3.2 |
Ртуть
Hg |
630 К (357°С) |
2.85·105 |
200.6 |
9.5·10–20 Дж (0.59 эВ) |
4.3·10–20 Дж (0.27 эВ) |
2.2 |
Калий
K |
1033 К (760°С) |
2.08·106 |
39 |
1.4·10–19 Дж (0.84 эВ) |
7.1·10–20 Дж (0.44 эВ) |
1.9 |
Натрий
Na |
1156 К (883°С) |
4.22·106 |
23 |
1.6·10–19 Дж (1.01 эВ) |
7.9·10–20 Дж (0.50 эВ) |
2.0 |
Свинец
Pb |
2023 К (1750°С) |
8.80·105 |
207 |
3.0·10–19 Дж (1.89 эВ) |
1.4·10–19 Дж (0.87 эВ) |
2.2 |
Серебро
Ag |
2433 К (2160°С) |
2.35·106 |
108 |
4.2·10–19 Дж (2.63 эВ) |
1.7·10–19 Дж (1.04 эВ) |
2.5 |
Олово
Sn |
2543 К (2270°С) |
3.02·106 |
118.7 |
6.0·10–19 Дж (3.72 эВ) |
1.7·10–19 Дж (1.09 эВ) |
3.4 |
Алюминий
Al |
2573 К (2300°С) |
9.22·106 |
27 |
4.1·10–19 Дж (2.58 эВ) |
1.8·10–19 Дж (1.10 эВ) |
2.3 |
Золото
Au |
3073 К (2800°С) |
1.58·106 |
197 |
5.2·10–19 Дж (3.23 эВ) |
2.1·10–19 Дж (1.32 эВ) |
2.5 |
Железо
Fe |
3323 К (3050°С) |
6.30·106 |
56 |
5.9·10–19 Дж (3.66 эВ) |
2.3·10–19 Дж (1.42 эВ) |
2.6 |
Для испарения почти всех веществ (кроме гелия, водорода и неона, кипящих при сверхнизких температурах — менее 30 К) требуется от 1.8 до 3.4 кванта (в среднем 2.21).
♦
|
