ربما لاحظت أن المواد المختلفة لها درجات غليان متفاوتة على نطاق واسع. الإيثانول ، على سبيل المثال ، يغلي عند درجة حرارة أقل من الماء. البروبان عبارة عن هيدروكربون وغاز ، بينما البنزين ، وهو خليط من الهيدروكربونات ، هو سائل عند نفس درجة الحرارة. يمكنك تبرير هذه الاختلافات أو تفسيرها بالتفكير في بنية كل جزيء. في هذه العملية ، ستكتسب بعض الأفكار الجديدة في الكيمياء اليومية.
فكر فيما يربط الجزيئات معًا في مادة صلبة أو سائلة. جميعهم لديهم طاقة - في مادة صلبة ، يهتزون أو يتأرجحون وفي سائل يتحركون حول بعضهم البعض. فلماذا لا تتطاير مثل الجزيئات في الغاز؟ ليس فقط لأنهم يتعرضون لضغط من الهواء المحيط. من الواضح أن القوى الجزيئية تربطهما معًا.
تذكر أنه عندما تتحرر الجزيئات الموجودة في سائل ما من القوى التي تربطها ببعضها وتهرب ، فإنها تشكل غازًا. لكنك تعلم أيضًا أن التغلب على تلك القوى بين الجزيئات يتطلب طاقة. وبالتالي ، فكلما زادت جزيئات الطاقة الحركية في هذا السائل - كلما ارتفعت درجة الحرارة ، بعبارة أخرى - زادت قدرة هذه الجزيئات على الهروب وكلما زادت سرعة تبخر السائل.
بينما تستمر في رفع درجة الحرارة ، ستصل في النهاية إلى نقطة تبدأ فيها فقاعات البخار بالتشكل تحت سطح السائل ؛ بمعنى آخر ، يبدأ في الغليان. كلما كانت القوى بين الجزيئات أقوى في السائل ، زادت الحرارة التي يتطلبها ، وزادت نقطة الغليان.
تذكر أن جميع الجزيئات تعاني من جاذبية ضعيفة بين الجزيئات تسمى قوة تشتت لندن. تختبر الجزيئات الأكبر قوى تشتت لندن أقوى ، وتختبر الجزيئات ذات الشكل العصي قوى تشتت لندن أقوى من الجزيئات الكروية. البروبان (C3H8) ، على سبيل المثال ، هو غاز في درجة حرارة الغرفة ، بينما الهكسان (C6H14) هو سائل - كلاهما مصنوع من الكربون والهيدروجين ، لكن الهكسان هو جزيء أكبر ويختبر تشتتًا أقوى في لندن القوات.
تذكر أن بعض الجزيئات قطبية ، بمعنى أن لها شحنة سالبة جزئية في منطقة وشحنة موجبة جزئية في منطقة أخرى. تنجذب هذه الجزيئات لبعضها البعض بشكل ضعيف ، وهذا النوع من الجذب أقوى قليلاً من قوة تشتت لندن. إذا بقيت كل الأشياء الأخرى متساوية ، فإن الجزيء الأكثر قطبية سيكون له نقطة غليان أعلى من الجزيء غير القطبي. o-dichlorobenzene ، على سبيل المثال ، قطبي بينما p-dichlorobenzene ، الذي يحتوي على نفس عدد ذرات الكلور والكربون والهيدروجين ، غير قطبي. وبالتالي ، فإن o-dichlorobenzene تبلغ درجة غليانه 180 درجة مئوية ، بينما يغلي p-dichlorobenzene عند 174 درجة مئوية.
تذكر أن الجزيئات التي يرتبط فيها الهيدروجين بالنيتروجين أو الفلور أو الأكسجين يمكن أن تشكل تفاعلات تسمى روابط الهيدروجين. الروابط الهيدروجينية أقوى بكثير من قوى تشتت لندن أو التجاذب بين الجزيئات القطبية. حيث هم موجودون ، يسيطرون ويرفعون درجة الغليان بشكل كبير.
خذ الماء على سبيل المثال. الماء جزيء صغير جدًا ، لذا فإن قواته في لندن ضعيفة. نظرًا لأن كل جزيء ماء يمكن أن يشكل رابطتين هيدروجينيتين ، فإن الماء له درجة غليان عالية نسبيًا تبلغ 100 درجة مئوية. الإيثانول جزيء أكبر من الماء ويختبر قوى تشتت لندن أقوى ؛ نظرًا لأنه يحتوي على ذرة هيدروجين واحدة فقط متاحة للرابطة الهيدروجينية ، فإنه يشكل عددًا أقل من الروابط الهيدروجينية. القوى الأكبر في لندن ليست كافية لتعويض الفرق ، والإيثانول لديه نقطة غليان أقل من الماء.
تذكر أن الأيون له شحنة موجبة أو سالبة ، لذلك فهو ينجذب نحو الأيونات ذات الشحنة المعاكسة. إن التجاذب بين أيونيين بشحنات متعاكسة قوي جدًا - أقوى بكثير في الواقع من الرابطة الهيدروجينية. إنها عوامل الجذب الأيونية التي تربط بلورات الملح معًا. ربما لم تحاول أبدًا غلي الماء المالح ، وهو أمر جيد لأن الملح يغلي عند درجة حرارة تزيد عن 1400 درجة مئوية.
رتب القوى بين الأيونات والجزيئات حسب القوة ، على النحو التالي:
IIon-ion (التجاذبات بين الأيونات) الرابطة الهيدروجينية Ion-dipole (أيون ينجذب إلى جزيء قطبي) ثنائي القطب ثنائي القطب (جزيئين قطبيين ينجذبان إلى بعضهما البعض) قوة تشتت لندن
لاحظ أن قوة القوى بين الجزيئات في سائل أو صلب هي مجموع التفاعلات المختلفة التي يتعرضون لها.