Vous avez peut-être remarqué que différentes substances ont des points d'ébullition très variables. L'éthanol, par exemple, bout à une température inférieure à celle de l'eau. Le propane est un hydrocarbure et un gaz, tandis que l'essence, un mélange d'hydrocarbures, est un liquide à la même température. Vous pouvez rationaliser ou expliquer ces différences en réfléchissant à la structure de chaque molécule. Au cours du processus, vous obtiendrez de nouvelles connaissances sur la chimie de tous les jours.
Pensez à ce qui maintient ensemble les molécules d'un solide ou d'un liquide. Ils ont tous de l'énergie - dans un solide, ils vibrent ou oscillent et dans un liquide, ils se déplacent les uns autour des autres. Alors pourquoi ne s'envolent-ils pas comme les molécules d'un gaz? Ce n'est pas seulement parce qu'ils subissent la pression de l'air ambiant. De toute évidence, les forces intermoléculaires les maintiennent ensemble.
N'oubliez pas que lorsque les molécules d'un liquide se libèrent des forces qui les maintiennent ensemble et s'échappent, elles forment un gaz. Mais vous savez aussi que vaincre ces forces intermoléculaires demande de l'énergie. Par conséquent, plus les molécules d'énergie cinétique dans ce liquide ont - plus la température est élevée, en d'autres termes - plus elles peuvent s'échapper et plus le liquide s'évapore rapidement.
En continuant à augmenter la température, vous finirez par atteindre un point où des bulles de vapeur commencent à se former sous la surface du liquide; en d'autres termes, il commence à bouillir. Plus les forces intermoléculaires dans le liquide sont fortes, plus il prend de chaleur et plus le point d'ébullition est élevé.
N'oubliez pas que toutes les molécules subissent une faible attraction intermoléculaire appelée force de dispersion de Londres. Les molécules plus grosses subissent des forces de dispersion de London plus fortes et les molécules en forme de bâtonnets subissent des forces de dispersion de London plus fortes que les molécules sphériques. Le propane (C3H8), par exemple, est un gaz à température ambiante, tandis que l'hexane (C6H14) est un liquide - les deux sont fait de carbone et d'hydrogène, mais l'hexane est une molécule plus grosse et connaît une plus forte dispersion de Londres les forces.
N'oubliez pas que certaines molécules sont polaires, ce qui signifie qu'elles ont une charge négative partielle dans une région et une charge positive partielle dans une autre. Ces molécules sont faiblement attirées les unes vers les autres, et ce type d'attraction est un peu plus fort que la force de dispersion de Londres. Si tout le reste reste égal, une molécule plus polaire aura un point d'ébullition plus élevé qu'une molécule plus apolaire. L'o-dichlorobenzène, par exemple, est polaire tandis que le p-dichlorobenzène, qui a le même nombre d'atomes de chlore, de carbone et d'hydrogène, est apolaire. Par conséquent, l'o-dichlorobenzène a un point d'ébullition de 180 degrés Celsius, tandis que le p-dichlorobenzène bout à 174 degrés Celsius.
N'oubliez pas que les molécules dans lesquelles l'hydrogène est lié à l'azote, au fluor ou à l'oxygène peuvent former des interactions appelées liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène sont beaucoup plus fortes que les forces de dispersion ou d'attraction de Londres entre les molécules polaires; là où ils sont présents, ils dominent et élèvent sensiblement le point d'ébullition.
Prenez l'eau par exemple. L'eau est une très petite molécule, donc ses forces de Londres sont faibles. Cependant, comme chaque molécule d'eau peut former deux liaisons hydrogène, l'eau a un point d'ébullition relativement élevé de 100 degrés Celsius. L'éthanol est une molécule plus grosse que l'eau et subit des forces de dispersion de Londres plus fortes; puisqu'il n'a qu'un seul atome d'hydrogène disponible pour la liaison hydrogène, cependant, il forme moins de liaisons hydrogène. Les forces plus importantes de Londres ne suffisent pas à combler la différence, et l'éthanol a un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau.
Rappelez-vous qu'un ion a une charge positive ou négative, il est donc attiré par les ions de charge opposée. L'attraction entre deux ions avec des charges opposées est très forte - beaucoup plus forte en fait que la liaison hydrogène. Ce sont ces attractions ion-ion qui maintiennent les cristaux de sel ensemble. Vous n'avez probablement jamais essayé de faire bouillir de l'eau salée, ce qui est une bonne chose car le sel bout à plus de 1 400 degrés Celsius.
Classez les forces interioniques et intermoléculaires par ordre de force, comme suit :
Ion-ion (attractions entre ions) Liaison hydrogène Ion-dipôle (un ion attiré par une molécule polaire) Dipôle-dipôle (deux molécules polaires attirées l'une vers l'autre) Force de dispersion de London
Notez que la force des forces entre les molécules dans un liquide ou un solide est la somme des différentes interactions qu'elles subissent.