كيف يمكنك تحديد ما إذا كان للجزيء درجة غليان أعلى؟

كل ما تحتاج لمعرفته حول كيفية ترتيب الجزيئات وفقًا لأي منها لديه درجة غليان أعلى (دون البحث عنها) في هذه المقالة. لنبدأ ببعض الأساسيات.

عند ملاحظة قدر من الماء على الموقد ، فأنت تعلم أن الماء يغلي عندما ترى فقاعات ترتفع إلى السطح وتنفجر.

الفرق بين التبخر والغلي هو أنه في عملية التبخر ، فإن جزيئات السطح فقط هي التي لديها طاقة كافية للهروب من المرحلة السائلة وتصبح غازًا. من ناحية أخرى ، عندما يغلي السائل ، فإن الجزيئات الموجودة تحت السطح لديها طاقة كافية للهروب من المرحلة السائلة وتصبح غازًا.

تحدث نقطة الغليان عند درجة حرارة محددة جدًا لكل جزيء. هذا هو السبب في أنها تستخدم في كثير من الأحيان لتحديد مادة غير معروفة في الكيمياء النوعية. السبب في أن نقطة الغليان يمكن التنبؤ بها لأنه يتم التحكم فيها بواسطة قوة الروابط تمسك الذرات في الجزيء معًا ، وكمية الطاقة الحركية لكسر تلك الروابط يمكن قياسها وموثوقة نسبيًا.

جميع الجزيئات لها حركية طاقة؛ إنهم يهتزون. عندما يتم تطبيق الطاقة الحرارية على سائل ، تزيد الجزيئات من الطاقة الحركية ، وتهتز أكثر. إذا اهتزوا بدرجة كافية ، فإنهم يصطدمون ببعضهم البعض. تسمح القوة التخريبية للجزيئات التي تصطدم ببعضها البعض بالتغلب على الجاذبية التي تمتلكها للجزيئات بجانبها.

ما هو الشرط الذي يجب أن يوجد حتى يغلي السائل؟ يغلي السائل عندما يساوي ضغط البخار فوقه الضغط الجوي.

• المفتاح هو معرفة الروابط التي تتطلب المزيد من الطاقة حتى يحدث الغليان.
  رابطة قوية مصنفة من الأقوى إلى الأضعف:
  أيوني> رابطة على شكل H> ثنائي القطب> فان دير فال
  مجموعات وظيفية أقل> مجموعات وظيفية أكثر (أميد> حمض> كحول> كيتون أو ألدهيد> أمين> إستر> ألكان)

إذا كنت تقارن الجزيئات لتحديد أيها يحتوي على نقطة غليان أعلى ، ففكر في القوى التي تعمل داخل الجزيء. يمكن تصنيفها في العوامل الثلاثة التالية.

تنجذب الجزيئات الموجودة داخل السائل إلى بعضها البعض. هناك أربعة أنواع من القوى بين الجزيئات ، وهي مدرجة أدناه بالترتيب من الأقوى إلى الأضعف.

1. الرابطة الأيونية يتضمن الترابط الأيوني التبرع بإلكترون من ذرة إلى أخرى (مثل كلوريد الصوديوم وملح الطعام). في مثال كلوريد الصوديوم ، يتم الاحتفاظ بأيون الصوديوم موجب الشحنة بالقرب من أيون الكلوريد سالب الشحنة ويكون التأثير الصافي جزيء متعادل كهربائيًا. هذا الحياد هو الذي يجعل الرابطة الأيونية قوية جدًا ، ولماذا يتطلب الأمر طاقة أكبر لكسر تلك الرابطة من نوع مختلف من الرابطة.
   
2. رابطة الهيدروجين ذرة الهيدروجين التي ترتبط بذرة أخرى من خلال مشاركة إلكترون التكافؤ لديها منخفضة الكهربية (مثل HF ، فلوريد الهيدروجين). سحابة الإلكترون حول ذرة الفلور كبيرة ولديها طاقة كهربائية عالية بينما سحابة الإلكترون حول ذرة الهيدروجين صغيرة ولديها طاقة كهربائية أقل بكثير. يمثل هذا رابطة تساهمية قطبية يتم فيها مشاركة الإلكترونات بشكل غير متساو.
   ليست كل روابط الهيدروجين لها نفس القوة ، فهي تعتمد على كهرسلبية الذرة التي ترتبط بها. عندما يرتبط الهيدروجين بالفلور ، تكون الرابطة قوية جدًا ، وعندما ترتبط بالكلور يكون لها قوة معتدلة ، وعندما يرتبط بهيدروجين آخر ، يكون الجزيء غير قطبي وضعيف جدًا.
   
3. ثنائي القطب ثنائي القطب تحدث القوة ثنائية القطب عندما تنجذب النهاية الموجبة للجزيء القطبي إلى الطرف السالب لجزيء قطبي آخر (CH₃كوتش₃، البروبانون).
   
4. قوات فان دير فال تفسر قوى فان دير فال جاذبية الجزء الغني بالإلكترون المتحول لجزيء واحد إلى الجزء المتحرك الذي يفتقر إلى الإلكترون من جزيء آخر (حالات مؤقتة من الكهربية ، على سبيل المثال هو₂).

الجزيء الأكبر يكون أكثر قابلية للاستقطاب ، وهو عامل جذب يبقي الجزيئات معًا. يحتاجون إلى مزيد من الطاقة للهروب إلى الطور الغازي ، وبالتالي فإن الجزيء الأكبر لديه نقطة غليان أعلى. قارن بين نترات الصوديوم ونترات الروبيديوم من حيث الوزن الجزيئي ونقطة الغليان:

10852 نترات الروبيديوم: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

الجزيئات التي تشكل سلاسل طويلة ومستقيمة لها جاذبية أقوى للجزيئات من حولها لأنها يمكن أن تقترب. جزيء سلسلة مستقيمة مثل البيوتان (C₄ح₁₀) له فرق صغير في القدرة الكهربية بين الكربون والهيدروجين.

جزيء به أكسجين مزدوج الترابط ، مثل البيوتانون (C₄ح₈O) يبلغ ذروته في الوسط حيث يرتبط الأكسجين بسلسلة الكربون. درجة غليان البيوتان قريبة من 0 درجة مئوية ، في حين أن درجة غليان البيوتانون الأعلى (79.6 درجة مئوية) يمكن أن تكون يفسر من خلال شكل الجزيء ، مما يخلق قوة جذب بين الأكسجين في جزيء واحد والهيدروجين في جزيء مجاور مركب.

سيكون للميزات التالية تأثير في إنشاء ملف نقطة غليان أعلى:

• وجود سلسلة أطول من الذرات في الجزيء (أكثر قابلية للاستقطاب)
• المجموعات الوظيفية الأكثر تعرضًا (أي في نهاية السلسلة ، وليس في المنتصف)
• ترتيب القطبية للمجموعات الوظيفية: أميد> حمض> كحول> كيتون أو ألدهيد> أمين> إستر> ألكان

1. قارن هذه المركبات الثلاثة:
   أ) الأمونيا (NH₃) ، ب) بيروكسيد الهيدروجين (H₂ا₂) و ج) الماء (H₂س)
   نيو هامبشاير₃ غير قطبي (ضعيف)
   ح₂ا₂ مستقطب بشدة بواسطة روابط هيدروجينية (قوية جدًا)
   ح₂O مستقطبة بواسطة روابط هيدروجينية (قوية)
   يمكنك ترتيب هذه بالترتيب (من الأقوى إلى الأضعف): H.₂ا₂> ح₂O> NH₃
   
2. قارن هذه المركبات الثلاثة:
   أ) هيدروكسيد الليثيوم (LiOH) ، ب) الهكسان (C₆ح₁₄) و ج) أيزو البيوتان (C₄ح₁₀)
   LiOH أيوني (قوي جدًا)
   ج₆ح₁₄ هي سلسلة مستقيمة (قوية)
   ج₄ح₁₀ متفرعة (ضعيفة)
   يمكنك ترتيب هذه بالترتيب (من الأقوى إلى الأضعف): LiOH> C₆ح₁₄> ج₄ح₁₀
   

https://www.engineeringtoolbox.com/inorganic-salt-melting-boiling-point-water-solubility-density-liquid-d_1984.html

لاحظ العنصرين الأخيرين في الجدول أعلاه. حمض الخليك والأسيتون جزيئات تعتمد على كربونين. إن مجموعة الأكسجين والهيدروكسيل مزدوجة الترابط في حمض الأسيتيك تجعل هذا الجزيء شديد الاستقطاب ، مما يتسبب في جذب أقوى بين الجزيئات. يحتوي الأسيتون على أكسجين مزدوج الترابط في المنتصف وليس في نهايته ، مما يخلق تفاعلات أضعف بين الجزيئات.

تأثير زيادة الضغط هو رفع درجة الغليان. ضع في اعتبارك أن الضغط فوق السائل هو الضغط لأسفل على السطح ، مما يجعل من الصعب على الجزيئات الهروب إلى الطور الغازي. كلما زاد الضغط ، زادت الطاقة المطلوبة ، وبالتالي تكون نقطة الغليان أعلى عند الضغوط العالية.

في الارتفاعات العالية ، يكون الضغط الجوي أقل. تأثير ذلك هو أن نقاط الغليان تكون أقل في الارتفاعات العالية. لإثبات ذلك ، عند مستوى سطح البحر ، سيغلي الماء عند 100 درجة مئوية ، ولكن في لاباز ، بوليفيا (ارتفاع 11942 قدمًا) ، يغلي الماء عند حوالي 87 درجة مئوية. يجب تغيير أوقات طهي الطعام المغلي لضمان نضج الطعام تمامًا.

لتلخيص العلاقة بين نقطة الغليان والضغط ، يرتبط تعريف الغليان بضغط البخار الذي يساوي الضغط الخارجي الضغط ، لذلك من المنطقي أن زيادة الضغط الخارجي ستتطلب زيادة في ضغط البخار ، والتي تتحقق من خلال زيادة في الحركية طاقة.