Jak můžete zjistit, zda má molekula vyšší bod varu?

Vše, co potřebujete vědět o tom, jak řadit molekuly podle toho, který z nich má vyšší teplotu varu (aniž byste jej vyhledávali), je v tomto článku. Začněme několika základy.

Když pozorujete hrnec s vodou na sporáku, víte, že se voda vaří, když vidíte bubliny, které vystupují na hladinu a praskají.

Rozdíl mezi odpařováním a vařením spočívá v tom, že v procesu odpařování mají pouze povrchové molekuly dostatek energie na to, aby unikly z kapalné fáze a staly se plynem. Když však kapalina vře, molekuly pod povrchem mají naopak dostatek energie, aby unikly z kapalné fáze a staly se plynem.

Bod varu nastává při velmi specifické teplotě pro každou molekulu. Proto se často používá k identifikaci neznámé látky v kvalitativní chemii. Důvod, proč je bod varu předvídatelný, je ten, že je řízen pevnost vazeb držení atomů v molekule pohromadě a množství kinetické energie k rozbití těchto vazeb je měřitelné a relativně spolehlivé.

Všechny molekuly mají

Jaká podmínka musí existovat, aby kapalina mohla vařit? Kapalina se vaří, když se tlak par nad ní rovná atmosférickému tlaku.

• Klíčem je vědět, které vazby vyžadují více energie, aby došlo k varu.
  Síla vazby hodnoceno nejsilnější až nejslabší:
  Iontové> H-vazba> Dipól> van der Waals
  Méně funkčních skupin> Více funkčních skupin (Amid> Kyselina> Alkohol> Keton nebo aldehyd> Amin> Ester> Alkan)

Pokud porovnáváte molekuly a určujete, která má vyšší teplotu varu, zvažte síly, které v molekule působí. Ty lze seskupit do následujících tří faktorů.

Molekuly v kapalině jsou navzájem přitahovány. Existují čtyři typy mezimolekulárních sil a jsou uvedeny níže v pořadí od nejsilnějších po nejslabší.

1. Iontová vazba Iontová vazba zahrnuje elektron, který je darován z jednoho atomu na druhý (např. NaCl, kuchyňská sůl). V příkladu NaCl je kladně nabitý iont sodíku udržován v těsné blízkosti záporně nabitého chloridového iontu a čistým účinkem je molekula, která je elektricky neutrální. Právě tato neutralita činí iontovou vazbu tak silnou a proč by její rozbití vyžadovalo více energie než jiný typ vazby.
   
2. Vodíková vazba Atom vodíku, který je navázán na jiný atom sdílením svého valentního elektronu, má nízkou elektronegativitu (např. HF, fluorovodík). Elektronový mrak kolem atomu fluoru je velký a má vysokou elektronegativitu, zatímco elektronový mrak kolem atomu vodíku je malý a má mnohem menší elektronegativitu. To představuje polární kovalentní vazbu, ve které jsou elektrony sdíleny nerovnoměrně.
   Ne všechny vodíkové vazby mají stejnou sílu, záleží to na elektronegativitě atomu, ke kterému je vázán. Když je vodík vázán na fluor, je vazba velmi silná, když je vázána s chlorem, má střední sílu, a když je vázána s jiným vodíkem, je molekula nepolární a je velmi slabá.
   
3. Dipól-Dipól Dipólová síla nastává, když je kladný konec polární molekuly přitahován k zápornému konci jiné polární molekuly (CH₃COCH₃, propanon).
   
4. Van der Waalsovy síly Van der Waalsovy síly tvoří přitažlivost posunující se části jedné molekuly bohaté na elektrony k posunující se elektronově chudé části jiné molekuly (dočasné stavy elektronegativity, např. On₂).

Větší molekula je více polarizovatelná, což je přitažlivost, která udržuje molekuly pohromadě. K úniku do plynné fáze potřebují více energie, takže větší molekula má vyšší bod varu. Porovnejte dusičnan sodný a dusičnan rubidný z hlediska molekulové hmotnosti a bodu varu:

10852 Dusičnan rubidný: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Molekuly, které tvoří dlouhé, přímé řetězce, mají silnější přitažlivost k molekulám kolem sebe, protože se mohou přiblížit. Molekula s přímým řetězcem jako butan (C.₄H₁₀) má malý rozdíl elektronegativity mezi uhlíkem a vodíkem.

Molekula s dvojně vázaným kyslíkem, jako je butanon (C.₄H₈O) je vyvrcholeno uprostřed, kde je kyslík navázán na uhlíkový řetězec. Bod varu butanu se blíží 0 stupňům Celsia, zatímco vyšší bod varu butanonu (79,6 stupňů Celsia) může být vysvětleno tvarem molekuly, který vytváří přitažlivou sílu mezi kyslíkem na jedné molekule a vodíkem na sousední molekula.

Následující funkce budou mít za následek vytvoření a vyšší bod varu:

• přítomnost delšího řetězce atomů v molekule (více polarizovatelná)
• funkční skupiny, které jsou více vystaveny (tj. spíše na konci řetězce než uprostřed)
• pořadí polarity funkčních skupin: Amid> Kyselina> Alkohol> Keton nebo aldehyd> Amin> Ester> Alkan

1. Porovnejte tyto tři sloučeniny:
   a) Amoniak (NH₃), b) peroxid vodíku (H₂Ó₂) a c) voda (H₂Ó)
   NH₃ je nepolární (slabý)
   H₂Ó₂ je silně polarizován vodíkovými vazbami (velmi silný)
   H₂O je polarizováno vodíkovými vazbami (silné)
   Řadili byste je do pořadí (nejsilnější až nejslabší): H₂Ó₂> H₂O> NH₃
   
2. Porovnejte tyto tři sloučeniny:
   a) hydroxid lithný (LiOH), b) hexan (C.₆H₁₄) ac) isobutan (C.₄H₁₀)
   LiOH je iontový (velmi silný)
   C₆H₁₄ je přímý řetěz (silný)
   C₄H₁₀ je rozvětvený (slabý)
   Řadili byste je podle pořadí (nejsilnější až nejslabší): LiOH> C₆H₁₄> C.₄H₁₀
   

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

Všimněte si posledních dvou položek v tabulce výše. Kyselina octová a aceton jsou molekuly založené na dvou uhlících. Dvojitě vázaný kyslík a hydroxylová (OH) skupina v kyselině octové činí tuto molekulu velmi polarizovanou, což způsobuje silnější intermolekulární přitažlivost. Aceton má dvojitě vázaný kyslík uprostřed, spíše než na konci, což vytváří slabší interakce mezi molekulami.

Účinkem zvýšení tlaku je zvýšení bodu varu. Vezměte v úvahu, že tlak nad kapalinou je stisknutí dolů na povrchu, což ztěžuje molekulám únik do plynné fáze. Čím větší tlak, tím více energie je zapotřebí, takže bod varu je vyšší při vyšších tlacích.

Ve vysokých nadmořských výškách je atmosférický tlak nižší. Důsledkem toho je, že body varu jsou ve vyšších nadmořských výškách nižší. Abychom to prokázali, na hladině moře bude voda vařit při 100 ° C, ale v La Paz v Bolívii (nadmořská výška 11 942 stop) voda vaří při asi 87 ° C. Doby vaření u vařeného jídla je třeba změnit, aby bylo zajištěno, že jídlo je úplně uvařené.

Abychom shrnuli vztah mezi bodem varu a tlakem, definice varu souvisí s tím, že tlak par se rovná vnějšímu tlaku, takže dává smysl, že zvýšení vnějšího tlaku bude vyžadovat zvýšení tlaku par, kterého se dosáhne zvýšením kinetiky energie.