Es posible que haya notado que diferentes sustancias tienen puntos de ebullición muy variables. El etanol, por ejemplo, hierve a una temperatura más baja que el agua. El propano es un hidrocarburo y un gas, mientras que la gasolina, una mezcla de hidrocarburos, es un líquido a la misma temperatura. Puede racionalizar o explicar estas diferencias pensando en la estructura de cada molécula. En el proceso, obtendrá nuevos conocimientos sobre la química cotidiana.
Piense en lo que mantiene unidas las moléculas en un sólido o un líquido. Todos tienen energía: en un sólido, vibran u oscilan y en un líquido se mueven entre sí. Entonces, ¿por qué no se separan como las moléculas de un gas? No es solo porque experimenten la presión del aire circundante. Claramente, las fuerzas intermoleculares los mantienen unidos.
Recuerde que cuando las moléculas en un líquido se liberan de las fuerzas que las mantienen unidas y escapan, forman un gas. Pero también sabes que superar esas fuerzas intermoleculares requiere energía. En consecuencia, cuantas más moléculas de energía cinética tenga ese líquido, en otras palabras, cuanto más alta sea la temperatura, más podrán escapar y más rápido se evaporará el líquido.
A medida que continúe aumentando la temperatura, eventualmente llegará a un punto en el que las burbujas de vapor comenzarán a formarse debajo de la superficie del líquido; en otras palabras, empieza a hervir. Cuanto más fuertes son las fuerzas intermoleculares en el líquido, más calor toma y más alto es el punto de ebullición.
Recuerde que todas las moléculas experimentan una atracción intermolecular débil llamada fuerza de dispersión de Londres. Las moléculas más grandes experimentan fuerzas de dispersión de Londres más fuertes, y las moléculas con forma de varilla experimentan fuerzas de dispersión de Londres más fuertes que las moléculas esféricas. El propano (C3H8), por ejemplo, es un gas a temperatura ambiente, mientras que el hexano (C6H14) es un líquido; ambos son hecho de carbono e hidrógeno, pero el hexano es una molécula más grande y experimenta una dispersión de Londres más fuerte efectivo.
Recuerde que algunas moléculas son polares, lo que significa que tienen una carga parcial negativa en una región y una carga parcial positiva en otra. Estas moléculas se atraen débilmente entre sí, y este tipo de atracción es un poco más fuerte que la fuerza de dispersión de Londres. Si todo lo demás permanece igual, una molécula más polar tendrá un punto de ebullición más alto que una más no polar. El o-diclorobenceno, por ejemplo, es polar mientras que el p-diclorobenceno, que tiene el mismo número de átomos de cloro, carbono e hidrógeno, es apolar. En consecuencia, el o-diclorobenceno tiene un punto de ebullición de 180 grados Celsius, mientras que el p-diclorobenceno hierve a 174 grados Celsius.
Recuerde que las moléculas en las que el hidrógeno está unido al nitrógeno, flúor u oxígeno pueden formar interacciones llamadas enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son mucho más fuertes que las fuerzas de dispersión o atracción de Londres entre moléculas polares; donde están presentes, dominan y elevan sustancialmente el punto de ebullición.
Tomemos el agua, por ejemplo. El agua es una molécula muy pequeña, por lo que sus fuerzas de Londres son débiles. Sin embargo, debido a que cada molécula de agua puede formar dos enlaces de hidrógeno, el agua tiene un punto de ebullición relativamente alto de 100 grados Celsius. El etanol es una molécula más grande que el agua y experimenta fuerzas de dispersión de Londres más fuertes; Sin embargo, dado que solo tiene un átomo de hidrógeno disponible para los enlaces de hidrógeno, forma menos enlaces de hidrógeno. Las fuerzas de Londres más grandes no son suficientes para compensar la diferencia, y el etanol tiene un punto de ebullición más bajo que el agua.
Recuerde que un ion tiene carga positiva o negativa, por lo que es atraído hacia iones con carga opuesta. La atracción entre dos iones con cargas opuestas es muy fuerte; de hecho, mucho más fuerte que los enlaces de hidrógeno. Son estas atracciones de iones-iones las que mantienen unidos los cristales de sal. Probablemente nunca hayas intentado hervir agua salada, lo cual es bueno porque la sal hierve a más de 1.400 grados Celsius.
Clasifique las fuerzas interiónicas e intermoleculares en orden de fuerza, de la siguiente manera:
Ion-ion (atracciones entre iones) Enlace de hidrógeno Ion-dipolo (un ion atraído por una molécula polar) Dipolo-dipolo (dos moléculas polares atraídas entre sí) Fuerza de dispersión de London
Tenga en cuenta que la fuerza de las fuerzas entre las moléculas en un líquido o un sólido es la suma de las diferentes interacciones que experimentan.