Wie können Sie feststellen, ob ein Molekül einen höheren Siedepunkt hat?

Alles, was Sie wissen müssen, um Moleküle nach dem höheren Siedepunkt einzustufen (ohne nachzuschlagen), finden Sie in diesem Artikel. Beginnen wir mit einigen Grundlagen.

Wenn Sie einen Topf mit Wasser auf dem Herd beobachten, wissen Sie, dass das Wasser kocht, wenn Sie Blasen sehen, die an die Oberfläche steigen und platzen.

Der Unterschied zwischen Verdampfen und Sieden besteht darin, dass beim Verdampfen nur die Oberflächenmoleküle genug Energie haben, um aus der flüssigen Phase zu entweichen und zu einem Gas zu werden. Wenn eine Flüssigkeit siedet, haben die Moleküle unter der Oberfläche jedoch genug Energie, um aus der flüssigen Phase zu entweichen und zu einem Gas zu werden.

Der Siedepunkt liegt für jedes Molekül bei einer ganz bestimmten Temperatur. Deshalb wird es in der qualitativen Chemie oft verwendet, um eine unbekannte Substanz zu identifizieren. Der Siedepunkt ist vorhersehbar, weil er durch die Stärke der Bindungen hält die Atome im Molekül zusammen, und die Menge an kinetischer Energie zum Aufbrechen dieser Bindungen ist messbar und relativ zuverlässig.

Alle Moleküle haben kinetisch Energie; sie vibrieren. Wenn einer Flüssigkeit Wärmeenergie zugeführt wird, haben die Moleküle eine erhöhte kinetische Energie und schwingen stärker. Wenn sie genug vibrieren, stoßen sie aneinander. Die zerstörerische Kraft der aneinander stoßenden Moleküle ermöglicht es ihnen, die Anziehungskraft zu überwinden, die sie für die Moleküle neben ihnen haben.

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine Flüssigkeit kocht? Flüssigkeit siedet, wenn der Dampfdruck darüber dem Atmosphärendruck entspricht.

• Der Schlüssel ist zu wissen, welche Bindungen mehr Energie benötigen, um zum Sieden zu kommen.
  Haftfestigkeit vom stärksten bis zum schwächsten bewertet:
  Ionisch > H-Brücke > Dipol > van der Waals
  Weniger funktionelle Gruppen > Mehr funktionelle Gruppen (Amid>Säure>Alkohol>Keton oder Aldehyde>Amin>Ester>Alkan)

Wenn Sie Moleküle vergleichen, um festzustellen, welches den höheren Siedepunkt hat, berücksichtigen Sie die Kräfte, die innerhalb des Moleküls wirken. Diese lassen sich in die folgenden drei Faktoren einteilen.

Die Moleküle in der Flüssigkeit werden voneinander angezogen. Es gibt vier Arten von intermolekularen Kräften, die nachfolgend in der Reihenfolge vom stärksten zum schwächsten aufgeführt sind.

1. Ionenverbindung Bei der ionischen Bindung wird ein Elektron von einem Atom zum anderen übertragen (z. B. NaCl, Kochsalz). Im Beispiel von NaCl wird das positiv geladene Natriumion in unmittelbarer Nähe des negativ geladenen Chloridions gehalten und der Nettoeffekt ist ein elektrisch neutrales Molekül. Es ist diese Neutralität, die die Ionenbindung so stark macht, und warum es mehr Energie kosten würde, diese Bindung zu lösen als eine andere Art von Bindung.
   
2. Wasserstoffverbindung Ein Wasserstoffatom, das an ein anderes Atom gebunden ist, indem es sein valentes Elektron teilt, hat eine geringe Elektronegativität (z. B. HF, Fluorwasserstoff). Die Elektronenwolke um das Fluoratom ist groß und weist eine hohe Elektronegativität auf, während die Elektronenwolke um das Wasserstoffatom klein ist und eine viel geringere Elektronegativität aufweist. Dies stellt eine polare kovalente Bindung dar, in der die Elektronen ungleich verteilt sind.
   Nicht alle Wasserstoffbrücken haben die gleiche Stärke, sie hängt von der Elektronegativität des Atoms ab, an das sie gebunden ist. Wenn Wasserstoff an Fluor gebunden ist, ist die Bindung sehr stark, an Chlor ist sie mäßig stark, und an einem anderen Wasserstoff ist das Molekül unpolar und sehr schwach.
   
3. Dipol-Dipol Eine Dipolkraft tritt auf, wenn das positive Ende eines polaren Moleküls vom negativen Ende eines anderen polaren Moleküls (CH₃COCH₃, Propanon).
   
4. Van-der-Waals-Kräfte Van-der-Waals-Kräfte erklären die Anziehung des sich verschiebenden elektronenreichen Teils eines Moleküls auf den sich verschiebenden elektronenarmen Teil eines anderen Moleküls (vorübergehende Zustände der Elektronegativität, z. Er₂).

Ein größeres Molekül ist stärker polarisierbar, was eine Anziehungskraft ist, die die Moleküle zusammenhält. Sie benötigen mehr Energie, um in die Gasphase zu entweichen, daher hat das größere Molekül den höheren Siedepunkt. Vergleichen Sie Natriumnitrat und Rubidiumnitrat in Bezug auf Molekulargewicht und Siedepunkt:

10852 Rubidiumnitrat: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Moleküle, die lange, gerade Ketten bilden, ziehen die Moleküle um sie herum stärker an, weil sie sich nähern können. Ein geradkettiges Molekül wie Butan (C₄H₁₀) hat einen kleinen Elektronegativitätsunterschied zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff.

Ein Molekül mit einem doppelt gebundenen Sauerstoff, wie Butanon (C₄H₈O) hat seinen Höhepunkt in der Mitte, wo der Sauerstoff an die Kohlenstoffkette gebunden ist. Der Siedepunkt von Butan liegt nahe 0 Grad Celsius, während der höhere Siedepunkt von Butanon (79,6 Grad Celsius) bei erklärt durch die Form des Moleküls, die eine Anziehungskraft zwischen dem Sauerstoff auf einem Molekül und dem Wasserstoff auf einem benachbarten erzeugt Molekül.

Die folgenden Funktionen bewirken, dass ein höherer Siedepunkt:

• das Vorhandensein einer längeren Atomkette im Molekül (mehr polarisierbar)
• funktionelle Gruppen, die stärker exponiert sind (d. h. am Ende einer Kette, anstatt in der Mitte)
• die Polaritätsrangfolge der funktionellen Gruppen: Amid>Säure>Alkohol>Keton oder Aldehyde>Amin>Ester>Alkan

1. Vergleichen Sie diese drei Verbindungen:
   a) Ammoniak (NH₃), b) Wasserstoffperoxid (H₂Ö₂) und c) Wasser (H₂Ö)
   NH₃ ist unpolar (schwach)
   H₂Ö₂ ist stark durch Wasserstoffbrücken polarisiert (sehr stark)
   H₂O ist durch Wasserstoffbrücken polarisiert (stark)
   Sie würden diese der Reihe nach (vom stärksten zum schwächsten) ordnen: H₂Ö₂>H₂O>NH₃
   
2. Vergleichen Sie diese drei Verbindungen:
   a) Lithiumhydroxid (LiOH), b) Hexan (C₆H₁₄) und c) Isobutan (C₄H₁₀)
   LiOH ist ionisch (sehr stark)
   C₆H₁₄ ist eine gerade Kette (stark)
   C₄H₁₀ ist verzweigt (schwach)
   Sie würden diese der Reihe nach ordnen (vom stärksten zum schwächsten): LiOH>C₆H₁₄>C₄H₁₀
   

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

Beachten Sie die letzten beiden Punkte in der obigen Tabelle. Essigsäure und Aceton sind Moleküle, die auf zwei Kohlenstoffen basieren. Die doppelt gebundene Sauerstoff- und Hydroxylgruppe (OH) in Essigsäure macht dieses Molekül stark polarisiert, was zu einer stärkeren intermolekularen Anziehung führt. Das Aceton hat einen doppelt gebundenen Sauerstoff in der Mitte und nicht am Ende, was zu schwächeren Wechselwirkungen zwischen Molekülen führt.

Die Wirkung der Druckerhöhung besteht darin, den Siedepunkt zu erhöhen. Bedenken Sie, dass der Druck über der Flüssigkeit nach unten drücken an der Oberfläche, was es den Molekülen erschwert, in die Gasphase zu entweichen. Je mehr Druck, desto mehr Energie wird benötigt, daher ist der Siedepunkt bei höheren Drücken höher.

In großen Höhen ist der Luftdruck niedriger. Dies hat zur Folge, dass die Siedepunkte in höheren Lagen niedriger sind. Um dies zu demonstrieren, kocht Wasser auf Meereshöhe bei 100 ° C, aber in La Paz, Bolivien (Höhe 11.942 Fuß), kocht Wasser bei etwa 87 ° C. Die Garzeiten für gekochte Speisen müssen geändert werden, um sicherzustellen, dass die Speisen vollständig gegart sind.

Um die Beziehung zwischen Siedepunkt und Druck zusammenzufassen, bezieht sich die Definition des Siedens darauf, dass der Dampfdruck gleich dem äußeren Druck, daher ist es sinnvoll, dass eine Erhöhung des Außendrucks eine Erhöhung des Dampfdrucks erfordert, die durch eine Erhöhung der kinetischen. erreicht wird Energie.