Ποια υγρά βράζουν σε χαμηλότερη θερμοκρασία αερίου από το νερό;

Τα σημεία βρασμού των ουσιών ποικίλλουν ανάλογα με τη δομή τους στο μοριακό επίπεδο. Είμαστε όλοι εξοικειωμένοι με το σημείο βρασμού του νερού σε κανονική πίεση - 100 βαθμούς Κελσίου ή 212 βαθμούς Φαρενάιτ. Πολλές από τις ουσίες που θεωρείτε αέρια, ωστόσο, είναι μόνο αέρια επειδή τα σημεία βρασμού τους είναι πολύ κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου. Ακόμη και ορισμένες ουσίες που είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου, όπως η αιθανόλη, έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού από το νερό.

Το άζωτο (N2), το διοξείδιο του άνθρακα, το οξυγόνο (O2), το ήλιο, το χλώριο (Cl2) και το υδρογόνο είναι όλα γνωστά παραδείγματα ουσιών που βράζουν σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από το νερό. Το υγρό ήλιο έχει το χαμηλότερο σημείο βρασμού - περίπου -452 βαθμούς Φαρενάιτ, μόνο 4,2 βαθμούς Κελσίου πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αν και αυτές οι ουσίες ονομάζονται αέρια, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι καμία ουσία δεν μπορεί να οριστεί ως "αέριο" ή "υγρό" εκτός από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Το υγρό, το στερεό και το αέριο είναι όλες διαφορετικές καταστάσεις ύλης και μια ουσία μπορεί να κατοικήσει σε οποιαδήποτε από αυτές τις τρεις καταστάσεις, ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση.

Το νερό έχει μια διπολική ροπή, που σημαίνει ότι είναι πολικό επειδή υπάρχει ασθενές μερικό αρνητικό φορτίο στο οξυγόνο και ασθενές μερικό θετικό φορτίο στα υδρογόνα. Οι ενώσεις υδρογονανθράκων όπως αυτές που βρίσκονται στη βενζίνη, ωστόσο, είναι μη πολικές. Οι αλληλεπιδράσεις που ονομάζονται δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου συγκρατούν μη πολικά μόρια στη στερεά ή υγρή φάση. Αυτές οι δυνάμεις του Λονδίνου γίνονται ισχυρότερες καθώς αυξάνεται το μέγεθος των μορίων. Κατά συνέπεια, πολλά μικρότερα μη πολικά μόρια όπως τα συστατικά της βενζίνης βράζουν σε χαμηλότερη θερμοκρασία από το νερό επειδή οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις είναι ασθενέστερες.

Όπως τα μόρια του νερού, οι αλκοόλες είναι πολικές και μπορούν επίσης να σχηματίσουν ένα ειδικό είδος δεσμού που ονομάζεται δεσμός υδρογόνου. Τα μόρια νερού, ωστόσο, μπορούν να σχηματίσουν δύο δεσμούς υδρογόνου, ενώ μια αλκοόλη μπορεί να σχηματίσει μόνο ένα. Οι αλκοόλες τείνουν να έχουν υψηλότερο σημείο βρασμού από τους υδρογονάνθρακες του ίδιου μεγέθους αλλά χαμηλότερο σημείο βρασμού από το νερό. Έτσι κάνετε το ποτό σαν ουίσκι: μέσω απόσταξης για να αυξήσετε την περιεκτικότητα σε αιθανόλη.

Πολλά άλλα μόρια έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού από το νερό. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι μια κατηγορία μορίων που ονομάζονται αιθέρες, τα οποία έχουν οξυγόνο συνδεδεμένο με δύο άνθρακες. Είναι ελαφρώς πολικοί αλλά όχι τόσο πολικοί όσο το νερό ή οι αλκοόλες και δεν μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου, επομένως έχουν συνήθως χαμηλότερα σημεία βρασμού. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αμμωνία, η οποία πωλείται συνήθως διαλυμένη σε νερό. Βράζει κάτω από 0 βαθμούς Κελσίου και σε θερμοκρασία δωματίου βρίσκεται ως αέριο, αν και διαλύεται εύκολα.