Kuinka voit selvittää, onko molekyylillä korkeampi kiehumispiste?

Tässä artikkelissa on kaikki mitä sinun tarvitsee tietää siitä, miten molekyylit luokitellaan sen mukaan, kenen kiehumispiste on korkeampi (etsimättä sitä). Aloitetaan joistakin perusasioista.

Kun tarkkailet vesipannua liedellä, tiedät, että vesi kiehuu, kun näet kuplia, jotka nousevat pintaan ja ponnahtavat.

Ero haihdutuksen ja kiehumisen välillä on se, että haihdutusprosessissa vain pintamolekyyleillä on riittävästi energiaa poistua nestefaasista ja siitä tulee kaasua. Toisaalta, kun neste kiehuu, pinnan alla olevilla molekyyleillä on riittävästi energiaa paeta nestefaasista ja tulla kaasuksi.

Kiehumispiste esiintyy kullekin molekyylille hyvin määrätyssä lämpötilassa. Siksi sitä käytetään usein tuntemattoman aineen tunnistamiseen kvalitatiivisessa kemiassa. Syy siihen, että kiehumispiste on ennustettavissa, johtuu siitä, että kiehumispiste hallitaan joukkovelkakirjojen vahvuus pitämällä molekyylin atomeja yhdessä ja kineettisen energian määrä näiden sidosten rikkomiseksi on mitattavissa ja suhteellisen luotettava.

Kaikilla molekyyleillä on kineettinen energia; ne värisevät. Kun lämpöenergiaa syötetään nesteeseen, molekyyleillä on lisääntynyt kineettinen energia, ja ne värisevät enemmän. Jos he värisevät tarpeeksi, ne törmäävät toisiinsa. Molekyylien törmäysvoima törmää toisiinsa antaa heille mahdollisuuden voittaa vetovoima, joka heillä on vieressä oleville molekyyleille.

Mitä ehtoja nesteen kiehumiselle on oltava? Neste kiehuu, kun sen yläpuolella oleva höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine.

• Tärkeintä on tietää, mitkä sidokset vaativat enemmän energiaa kiehumiseksi.
  Sidosvoima arvioitu vahvimmasta heikoimpaan:
  Ioninen> H-sidos> Dipoli> van der Waals
  Vähemmän funktionaalisia ryhmiä> Lisää funktionaalisia ryhmiä (amidi> happo> alkoholi> ketoni tai aldehydi> amiini> esteri> alkaani)

Jos verrataan molekyylejä sen määrittämiseksi, jolla on korkeampi kiehumispiste, ota huomioon voimat, jotka vaikuttavat molekyylissä. Ne voidaan ryhmitellä seuraaviin kolmeen tekijään.

Nesteen sisällä olevat molekyylit vetävät puoleensa. Molekyylien välisiä voimia on neljää tyyppiä, ja ne on lueteltu alla voimakkaimmista heikoimpiin.

1. Ionisidos Ionisitoutuminen tarkoittaa, että elektroni luovutetaan atomista toiseen (esim. NaCl, pöytäsuola). NaCl: n esimerkissä positiivisesti varautunut natriumioni pidetään lähellä negatiivisesti varattua kloridi-ionia ja nettovaikutus on molekyyli, joka on sähköisesti neutraali. Juuri tämä neutraalisuus tekee ionisidoksesta niin vahvan, ja miksi tämän sidoksen katkaiseminen vie enemmän energiaa kuin erityyppinen sidos.
   
2. Vetysidos Vetyatomilla, joka on sitoutunut toiseen atomiin jakamalla valenttisen elektronin, on alhainen elektronegatiivisuus (esim. HF, fluorivety). Fluoriatomin ympärillä oleva elektronipilvi on suuri ja sillä on suuri elektronegatiivisuus, kun taas vetyatomin ympärillä oleva elektronipilvi on pieni ja sillä on paljon vähemmän elektronegatiivisuutta. Tämä edustaa polaarista kovalenttista sidosta, jossa elektronit jakautuvat epätasaisesti.
   Kaikilla vetysidoksilla ei ole samaa voimaa, se riippuu sitoutuneen atomin elektronegatiivisuudesta. Kun vety on sitoutunut fluoriin, sidos on erittäin vahva, kun se on sitoutunut klooriin, sillä on kohtalainen lujuus, ja kun se on sidottu toiseen vetyyn, molekyyli on ei-polaarinen ja erittäin heikko.
   
3. Dipoli-Dipoli Dipolivoimaa esiintyy, kun polaarimolekyylin positiivinen pää on houkuteltu toisen polaarimolekyylin (CH₃COCH₃propanoni).
   
4. Van der Waalsin voimat Van der Waalsin voimat selittävät yhden molekyylin siirtyvän elektronirikkaan osan vetovoimaa toisen molekyylin siirtyvälle elektronihuonelle osalle (elektronegatiivisuuden tilapäiset tilat, esim. Hän₂).

Suurempi molekyyli on polarisoituvampi, mikä on vetovoima, joka pitää molekyylit yhdessä. He tarvitsevat enemmän energiaa päästäkseen kaasufaasiin, joten suuremmalla molekyylillä on korkeampi kiehumispiste. Vertaa natriumnitraattia ja rubidiumnitraattia molekyylipainon ja kiehumispisteen suhteen:

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

Pitkien, suorien ketjujen muodostavilla molekyyleillä on vahvemmat vetovoimat ympäröiville molekyyleille, koska ne voivat päästä lähemmäksi. Suoraketjuinen molekyyli, kuten butaani (C₄H₁₀) on pieni elektronegatiivisuusero hiilen ja vedyn välillä.

Molekyyli, jossa on kaksoissidottu happi, kuten butanoni (C₄H₈O) on huipussaan keskellä, jossa happi on sitoutunut hiiliketjuun. Butaanin kiehumispiste on lähellä 0 celsiusastetta, kun taas butanonin korkeampi kiehumispiste (79,6 astetta) voi olla selitetään molekyylin muodolla, joka luo houkuttelevan voiman yhden molekyylin hapen ja naapurissa olevan vedyn välille molekyyli.

Seuraavien ominaisuuksien avulla luodaan a korkeampi kiehumispiste:

• pidemmän atomiketjun läsnäolo molekyylissä (polarisoituvampi)
• funktionaaliset ryhmät, jotka ovat alttiimpia (ts. ketjun lopussa eikä keskellä)
• funktionaalisten ryhmien polaarisuusjärjestys: amidi> happo> alkoholi> ketoni tai aldehydi> amiini> esteri> alkaani

1. Vertaa näitä kolmea yhdistettä:
   a) Ammoniakki (NH₃b) vetyperoksidi (H₂O₂) ja c) vesi (H₂O)
   NH₃ on ei-polaarinen (heikko)
   H₂O₂ polarisoituu voimakkaasti vetysidoksilla (erittäin vahva)
   H₂O polarisoituu vetysidoksilla (vahva)
   Sijoittaisit nämä järjestyksessä (vahvimmasta heikoimpaan): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Vertaa näitä kolmea yhdistettä:
   a) Litiumhydroksidi (LiOH), b) heksaani (C₆H₁₄) ja c) iso-butaani (C₄H₁₀)
   LiOH on ioninen (erittäin vahva)
   C₆H₁₄ on suora ketju (vahva)
   C₄H₁₀ on haarautunut (heikko)
   Sijoitat nämä järjestyksessä (vahvimmasta heikoimpaan): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Huomaa kaksi edellisen taulukon kohtaa. Etikkahappo ja asetoni ovat molekyylejä, jotka perustuvat kahteen hiileen. Kaksoissidottu happi- ja hydroksyyli (OH) -ryhmä etikkahapossa tekevät tämän molekyylin hyvin polarisoiduksi aiheuttaen vahvemman molekyylien välisen vetovoiman. Asetonilla on kaksoissidottu happi keskellä eikä lopussa, mikä luo heikompia vuorovaikutuksia molekyylien välillä.

Paineen nostamisen vaikutuksena on kiehumispisteen nostaminen. Ota huomioon, että nesteen yläpuolella oleva paine on painamalla alas pinnalla, mikä vaikeuttaa molekyylien poistumista kaasufaasiin. Mitä suurempi paine, sitä enemmän energiaa tarvitaan, joten kiehumispiste on korkeampi korkeammissa paineissa.

Suurilla korkeuksilla ilmanpaine on matalampi. Tämän seurauksena kiehumispisteet ovat matalampia korkeammilla korkeuksilla. Tämän osoittamiseksi merenpinnalla vesi kiehuu 100 ° C: ssa, mutta La Pazissa Boliviassa (korkeus 11 942 jalkaa) vesi kiehuu noin 87 ° C: ssa. Keitetyn ruoan kypsennysaikoja on muutettava, jotta ruoka on täysin kypsää.

Yhteenvetona kiehumispisteen ja paineen välisestä suhteesta kiehumisen määritelmä liittyy höyrynpaineen ollessa yhtä suuri kuin ulkoinen paine, joten on järkevää, että ulkoisen paineen kasvu edellyttää höyrynpaineen nousua, joka saavutetaan lisäämällä kineettistä energiaa.