Как можете да определите дали молекулата има по-висока точка на кипене?

Всичко, което трябва да знаете за това как да класирате молекулите според това коя има по-висока точка на кипене (без да я търсите), е в тази статия. Нека започнем с някои основи.

Когато наблюдавате тенджера с вода на печката, знаете, че водата кипи, когато видите мехурчета, които се издигат на повърхността и изскачат.

Разликата между изпарението и кипенето е, че в процеса на изпаряване само повърхностните молекули имат достатъчно енергия, за да излязат от течната фаза и да се превърнат в газ. Когато течността кипи, от друга страна, молекулите под повърхността имат достатъчно енергия, за да излязат от течната фаза и да се превърнат в газ.

Точката на кипене се получава при много специфична температура за всяка молекула. Ето защо често се използва за идентифициране на неизвестно вещество в качествената химия. Причината, поради която точката на кипене е предвидима, е, че се контролира от сила на връзките задържането на атомите в молекулата заедно и количеството кинетична енергия за разкъсване на тези връзки е измеримо и относително надеждно.

Всички молекули имат кинетичен енергия; те вибрират. Когато топлинната енергия се прилага към течност, молекулите имат повишена кинетична енергия и те вибрират повече. Ако вибрират достатъчно, се блъскат един в друг. Разрушителната сила на молекулите, които се блъскат една в друга, им позволява да преодолеят привличането, което имат за молекулите до себе си.

Какво условие трябва да съществува, за да кипи течност? Течността кипи, когато налягането на парите над нея се равнява на атмосферното налягане.

• Ключът е да се знае кои връзки изискват повече енергия, за да се получи кипене.
  Сила на връзката класиран най-силен до най-слаб:
  Йонийска> Н-връзка> Дипол> ван дер Ваалс
  По-малко функционални групи> По-функционални групи (амид> киселина> алкохол> кетон или алдехид> амин> естер> алкан)

Ако сравнявате молекули, за да определите коя има по-висока точка на кипене, помислете за силите, които действат в молекулата. Те могат да бъдат групирани в следните три фактора.

Молекулите в течността се привличат една към друга. Има четири типа междумолекулни сили и те са изброени по-долу в ред от най-силните до най-слабите.

1. Йонна връзка Йонната връзка включва електрон, дарен от един атом на друг (например NaCl, готварска сол). В примера на NaCl положително зареденият натриев йон се държи в непосредствена близост до отрицателно заредения хлориден йон и нетният ефект е молекула, която е електрически неутрална. Именно тази неутралност прави йонната връзка толкова силна и защо ще отнеме повече енергия за разкъсването на тази връзка, отколкото различен тип връзка.
   
2. Водородна връзка Водородният атом, който е свързан с друг атом чрез споделяне на валентния си електрон, има ниска електроотрицателност (напр. HF, флуороводород). Електронният облак около флуорния атом е голям и има висока електроотрицателност, докато електронният облак около водородния атом е малък и има много по-малка електроотрицателност. Това представлява полярна ковалентна връзка, в която електроните се споделят неравномерно.
   Не всички водородни връзки имат еднаква сила, това зависи от електроотрицателността на атома, към който е свързан. Когато водородът е свързан с флуор, връзката е много силна, когато е свързана с хлор има умерена якост, а когато е свързана с друг водород, молекулата е неполярна и е много слаба.
   
3. Дипол-Дипол Диполна сила възниква, когато положителният край на полярна молекула е привлечен към отрицателния край на друга полярна молекула (СН₃COCH₃, пропанон).
   
4. Ван дер Ваалс сили Силите на Ван дер Ваалс отчитат привличането на променящата се с електрони част от една молекула към изместващата се с електрон бедна част на друга молекула (временни състояния на електроотрицателност, напр. Той₂).

По-голямата молекула е по-поляризуема, което е атракция, която поддържа молекулите заедно. Те се нуждаят от повече енергия, за да излязат в газовата фаза, така че по-голямата молекула има по-висока точка на кипене. Сравнете натриевия нитрат и рубидиевия нитрат по отношение на молекулното тегло и точката на кипене:

10852 Рубидиев нитрат: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Молекулите, които образуват дълги, прави вериги, имат по-силно привличане към молекулите около тях, защото могат да се сближат. Молекула с права верига като бутан (C₄Н₁₀) има малка разлика в електроотрицателността между въглерод и водород.

Молекула с двойно свързан кислород, като бутанон (C₄Н₈O) достига връх в средата, където кислородът е свързан с въглеродната верига. Точката на кипене на бутан е близо до 0 градуса по Целзий, докато по-високата точка на кипене на бутанона (79,6 градуса по Целзий) може да бъде обяснено с формата на молекулата, която създава привлекателна сила между кислорода на една молекула и водорода на съседната молекула.

Следните функции ще доведат до създаването на по-висока точка на кипене:

• наличието на по-дълга верига от атоми в молекулата (по-поляризуема)
• функционални групи, които са по-изложени (т.е. в края на веригата, а не в средата)
• класиране на полярността на функционалните групи: Амид> Киселина> Алкохол> Кетон или Алдехид> Амин> Естер> Алкан

1. Сравнете тези три съединения:
   а) Амоняк (NH₃), б) водороден прекис (Н₂О₂) и в) вода (H₂О)
   NH₃ е неполярен (слаб)
   Н₂О₂ е силно поляризиран от водородни връзки (много силен)
   Н₂O е поляризиран от водородни връзки (силни)
   Бихте ги класирали по ред (от най-силните до най-слабите): H₂О₂> H₂O> NH₃
   
2. Сравнете тези три съединения:
   а) Литиев хидроксид (LiOH), б) хексан (С₆Н₁₄) и в) изо-бутан (С₄Н₁₀)
   LiOH е йонен (много силен)
   ° С₆Н₁₄ е права верига (силна)
   ° С₄Н₁₀ е разклонен (слаб)
   Бихте ги класирали по ред (от най-силните до най-слабите): LiOH> C₆Н₁₄> C.₄Н₁₀
   

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

Обърнете внимание на последните два елемента в таблицата по-горе. Оцетната киселина и ацетонът са молекули на базата на два въглерода. Двойно свързаната кислородна и хидроксилна (ОН) група в оцетната киселина правят тази молекула много поляризирана, причинявайки по-силно междумолекулно привличане. Ацетонът има двойно свързан кислород в средата, а не в края, което създава по-слаби взаимодействия между молекулите.

Ефектът от увеличаването на налягането е да се повиши точката на кипене. Помислете, че налягането над течността е натискане надолу на повърхността, което затруднява излизането на молекулите в газовата фаза. Колкото повече налягане, толкова повече енергия се изисква, така че точката на кипене е по-висока при по-високо налягане.

На голяма надморска височина атмосферното налягане е по-ниско. Ефектът от това е, че точките на кипене са по-ниски при по-голяма надморска височина. За да се докаже това, на морското равнище водата ще кипи при 100 ° C, но в Ла Пас, Боливия (кота 11 942 фута), водата кипи при около 87 ° C. Времето за готвене на варена храна трябва да се промени, за да се гарантира, че храната е напълно готвена.

За да обобщим връзката между точката на кипене и налягането, определението за кипене се отнася до налягането на парите, което е равно на външното налягане, така че има смисъл, че увеличаването на външното налягане ще изисква увеличаване на налягането на парите, което се постига чрез увеличаване на кинетичното енергия.