Μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι διαφορετικές ουσίες έχουν πολύ διαφορετικά σημεία βρασμού. Η αιθανόλη, για παράδειγμα, βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία από το νερό. Το προπάνιο είναι ένας υδρογονάνθρακας και ένα αέριο, ενώ η βενζίνη, ένα μείγμα υδρογονανθράκων, είναι ένα υγρό στην ίδια θερμοκρασία. Μπορείτε να εξορθολογήσετε ή να εξηγήσετε αυτές τις διαφορές σκεπτόμενος τη δομή κάθε μορίου. Στη διαδικασία, θα αποκτήσετε μερικές νέες πληροφορίες για την καθημερινή χημεία.
Σκεφτείτε τι συγκρατεί τα μόρια σε ένα στερεό ή ένα υγρό. Όλοι έχουν ενέργεια - σε ένα στερεό, δονούνται ή ταλαντεύονται και σε ένα υγρό κινούνται το ένα το άλλο. Γιατί λοιπόν να μην πετούν μόνο σαν τα μόρια στο αέριο; Δεν είναι μόνο επειδή βιώνουν πίεση από τον περιβάλλοντα αέρα. Είναι σαφές ότι οι διαμοριακές δυνάμεις τις συγκρατούν.
Να θυμάστε ότι όταν τα μόρια σε ένα υγρό απελευθερώνονται από τις δυνάμεις που τα συγκρατούν και διαφεύγουν, σχηματίζουν ένα αέριο. Αλλά γνωρίζετε επίσης ότι η υπέρβαση αυτών των διαμοριακών δυνάμεων απαιτεί ενέργεια. Κατά συνέπεια, όσο περισσότερα μόρια κινητικής ενέργειας σε αυτό το υγρό έχουν - όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, με άλλα λόγια - τόσο περισσότερα από αυτά μπορούν να διαφύγουν και όσο πιο γρήγορα θα εξατμιστεί το υγρό.
Καθώς συνεχίζετε να αυξάνετε τη θερμοκρασία, θα φτάσετε τελικά σε ένα σημείο όπου οι φυσαλίδες ατμών αρχίζουν να σχηματίζονται κάτω από την επιφάνεια του υγρού. με άλλα λόγια, αρχίζει να βράζει. Όσο ισχυρότερες είναι οι διαμοριακές δυνάμεις στο υγρό, τόσο περισσότερη θερμότητα παίρνει και τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού.
Θυμηθείτε ότι όλα τα μόρια βιώνουν μια αδύναμη διαμοριακή έλξη που ονομάζεται δύναμη διασποράς του Λονδίνου. Μεγαλύτερα μόρια βιώνουν ισχυρότερες δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου και μόρια σε σχήμα ράβδου βιώνουν ισχυρότερες δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου από σφαιρικά μόρια. Το προπάνιο (C3H8), για παράδειγμα, είναι αέριο σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ το εξάνιο (C6H14) είναι υγρό - και τα δύο είναι φτιαγμένο από άνθρακα και υδρογόνο, αλλά το εξάνιο είναι ένα μεγαλύτερο μόριο και βιώνει ισχυρότερη διασπορά στο Λονδίνο δυνάμεις.
Να θυμάστε ότι ορισμένα μόρια είναι πολικά, που σημαίνει ότι έχουν μερικό αρνητικό φορτίο σε μια περιοχή και μερικό θετικό φορτίο σε άλλη. Αυτά τα μόρια προσελκύονται ασθενώς μεταξύ τους, και αυτό το είδος έλξης είναι λίγο ισχυρότερο από τη δύναμη διασποράς του Λονδίνου. Εάν όλα τα υπόλοιπα παραμείνουν ίσα, ένα πιο πολικό μόριο θα έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από ένα πιο μη πολικό. Το ο-διχλωροβενζόλιο, για παράδειγμα, είναι πολικό ενώ το ρ-διχλωροβενζόλιο, το οποίο έχει τον ίδιο αριθμό ατόμων χλωρίου, άνθρακα και υδρογόνου, είναι μη πολικό. Κατά συνέπεια, το ο-διχλωροβενζόλιο έχει σημείο βρασμού 180 βαθμούς Κελσίου, ενώ το ρ-διχλωροβενζόλιο βράζει στους 174 βαθμούς Κελσίου.
Να θυμάστε ότι τα μόρια στα οποία το υδρογόνο συνδέεται με άζωτο, φθόριο ή οξυγόνο μπορούν να σχηματίσουν αλληλεπιδράσεις που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι πολύ ισχυρότεροι από τις δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου ή έλξη μεταξύ πολικών μορίων. όπου υπάρχουν, κυριαρχούν και ανυψώνουν ουσιαστικά το σημείο βρασμού.
Πάρτε για παράδειγμα νερό. Το νερό είναι ένα πολύ μικρό μόριο, έτσι οι δυνάμεις του στο Λονδίνο είναι αδύναμες. Επειδή κάθε μόριο νερού μπορεί να σχηματίσει δύο δεσμούς υδρογόνου, ωστόσο, το νερό έχει σχετικά υψηλό σημείο βρασμού 100 βαθμούς Κελσίου. Η αιθανόλη είναι ένα μεγαλύτερο μόριο από το νερό και βιώνει ισχυρότερες δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Δεδομένου ότι έχει μόνο ένα άτομο υδρογόνου διαθέσιμο για σύνδεση υδρογόνου, ωστόσο, σχηματίζει λιγότερους δεσμούς υδρογόνου. Οι μεγαλύτερες δυνάμεις του Λονδίνου δεν αρκούν για να καλύψουν τη διαφορά και η αιθανόλη έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το νερό.
Θυμηθείτε ότι ένα ιόν έχει θετικό ή αρνητικό φορτίο, έτσι προσελκύεται προς ιόντα με αντίθετο φορτίο. Η έλξη μεταξύ δύο ιόντων με αντίθετα φορτία είναι πολύ ισχυρή - πολύ ισχυρότερη στην πραγματικότητα από τη σύνδεση υδρογόνου. Είναι αυτά τα αξιοθέατα ιόντων που συγκρατούν τους κρυστάλλους αλατιού. Πιθανότατα δεν έχετε προσπαθήσει ποτέ να βράσετε αλμυρό νερό, κάτι που είναι καλό γιατί το αλάτι βράζει πάνω από 1.400 βαθμούς Κελσίου.
Ταξινομήστε τις ενδο ιονικές και τις διαμοριακές δυνάμεις κατά σειρά αντοχής, ως εξής:
Ion-ion (αξιοθέατα μεταξύ ιόντων) Σύνδεση υδρογόνου Ion-dipole (ένα ιόν που προσελκύεται σε ένα πολικό μόριο) Dipole-dipole (δύο πολικά μόρια που έλκονται μεταξύ τους) Δύναμη διασποράς του Λονδίνου
Σημειώστε ότι η δύναμη των δυνάμεων μεταξύ των μορίων σε ένα υγρό ή ένα στερεό είναι το άθροισμα των διαφορετικών αλληλεπιδράσεων που βιώνουν.
