Comment déterminer si une molécule a un point d'ébullition plus élevé ?

Tout ce que vous devez savoir sur la façon de classer les molécules en fonction de celles qui ont le point d'ébullition le plus élevé (sans le rechercher) se trouve dans cet article. Commençons par quelques bases.

En observant une casserole d'eau sur la cuisinière, vous savez que l'eau bout lorsque vous voyez des bulles qui remontent à la surface et éclatent.

La différence entre l'évaporation et l'ébullition est que dans le processus d'évaporation, seules les molécules de surface ont suffisamment d'énergie pour échapper à la phase liquide et devenir un gaz. Lorsqu'un liquide bout, en revanche, les molécules sous la surface ont suffisamment d'énergie pour échapper à la phase liquide et devenir un gaz.

Le point d'ébullition se produit à une température très spécifique pour chaque molécule. C'est pourquoi il est souvent utilisé pour identifier une substance inconnue en chimie qualitative. La raison pour laquelle le point d'ébullition est prévisible est qu'il est contrôlé par le

Toutes les molécules ont cinétique énergie; ils vibrent. Lorsque l'énergie thermique est appliquée à un liquide, les molécules ont une énergie cinétique accrue et elles vibrent davantage. S'ils vibrent suffisamment, ils se heurtent. La force perturbatrice des molécules qui se heurtent les unes aux autres leur permet de vaincre l'attirance qu'elles ont pour les molécules à côté d'elles.

Quelle condition doit exister pour qu'un liquide bout? Le liquide bout lorsque la pression de vapeur au-dessus est égale à la pression atmosphérique.

• La clé est de savoir quelles liaisons nécessitent plus d'énergie pour que l'ébullition se produise.
  Une force de liaison classé du plus fort au plus faible :
  Ionique > H-bond > Dipole > van der Waals
  Moins de groupes fonctionnels > Plus de groupes fonctionnels (Amide>Acide>Alcool>Cétone ou Aldéhyde>Amine>Ester>Alcane)

Si vous comparez des molécules pour déterminer laquelle a le point d'ébullition le plus élevé, tenez compte des forces qui sont à l'œuvre dans la molécule. Ceux-ci peuvent être regroupés dans les trois facteurs suivants.

Les molécules dans le liquide sont attirées les unes vers les autres. Il existe quatre types de forces intermoléculaires, et elles sont répertoriées ci-dessous de la plus forte à la plus faible.

1. Liaison ionique La liaison ionique implique qu'un électron soit donné d'un atome à un autre (par exemple, NaCl, sel de table). Dans l'exemple de NaCl, l'ion sodium chargé positivement est maintenu à proximité immédiate de l'ion chlorure chargé négativement et l'effet net est une molécule électriquement neutre. C'est cette neutralité qui rend la liaison ionique si forte et pourquoi il faudrait plus d'énergie pour rompre cette liaison qu'un autre type de liaison.
   
2. Liaison hydrogène Un atome d'hydrogène qui est lié à un autre atome en partageant son électron valent a une faible électronégativité (par exemple HF, fluorure d'hydrogène). Le nuage d'électrons autour de l'atome de fluor est grand et a une électronégativité élevée tandis que le nuage d'électrons autour de l'atome d'hydrogène est petit et a beaucoup moins d'électronégativité. Cela représente une liaison covalente polaire dans laquelle les électrons sont partagés de manière inégale.
   Toutes les liaisons hydrogène n'ont pas la même force, cela dépend de l'électronégativité de l'atome auquel elle est liée. Lorsque l'hydrogène est lié au fluor, la liaison est très forte, lorsqu'elle est liée au chlore, elle a une force modérée et lorsqu'elle est liée à un autre hydrogène, la molécule est non polaire et très faible.
   
3. Dipôle-Dipôle Une force dipolaire se produit lorsque l'extrémité positive d'une molécule polaire est attirée par l'extrémité négative d'une autre molécule polaire (CH₃COCH₃, propanone).
   
4. Forces de Van der Waals Les forces de Van der Waals expliquent l'attraction de la partie riche en électrons changeante d'une molécule à la partie mobile pauvre en électrons d'une autre molécule (états temporaires d'électronégativité, par ex. Il₂).

Une molécule plus grosse est plus polarisable, ce qui est une attraction qui maintient les molécules ensemble. Ils ont besoin de plus d'énergie pour s'échapper vers la phase gazeuse, de sorte que la plus grosse molécule a le point d'ébullition le plus élevé. Comparez le nitrate de sodium et le nitrate de rubidium en termes de poids moléculaire et de point d'ébullition :

10852 Nitrate de rubidium: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Les molécules qui forment de longues chaînes droites ont des attractions plus fortes pour les molécules qui les entourent car elles peuvent se rapprocher. Une molécule à chaîne droite comme le butane (C₄H₁₀) a une petite différence d'électronégativité entre le carbone et l'hydrogène.

Une molécule avec un oxygène à double liaison, comme la butanone (C₄H₈O) est culminé au milieu où l'oxygène est lié à la chaîne carbonée. Le point d'ébullition du butane est proche de 0 degré Celsius, tandis que le point d'ébullition plus élevé du butanone (79,6 degrés Celsius) peut être expliqué par la forme de la molécule, qui crée une force d'attraction entre l'oxygène sur une molécule et l'hydrogène sur un voisin molécule.

Les caractéristiques suivantes auront pour effet de créer un point d'ébullition plus élevé:

• la présence d'une chaîne d'atomes plus longue dans la molécule (plus polarisable)
• des groupes fonctionnels plus exposés (c'est-à-dire en bout de chaîne plutôt qu'au milieu)
• le classement de polarité des groupes fonctionnels: Amide > Acide > Alcool > Cétone ou Aldéhyde > Amine > Ester > Alcane

1. Comparez ces trois composés:
   a) Ammoniac (NH₃), b) le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) et c) de l'eau (H₂O)
   NH₃ est non polaire (faible)
   H₂O₂ est fortement polarisé par des liaisons hydrogène (très fort)
   H₂O est polarisé par des liaisons hydrogène (fort)
   Vous les classeriez dans l'ordre (du plus fort au plus faible): H₂O₂>H₂O>NH₃
   
2. Comparez ces trois composés:
   a) Hydroxyde de lithium (LiOH), b) hexane (C₆H₁₄) et c) l'isobutane (C₄H₁₀)
   LiOH est ionique (très fort)
   C₆H₁₄ est une chaîne droite (forte)
   C₄H₁₀ est ramifié (faible)
   Vous les classeriez dans l'ordre (du plus fort au plus faible): LiOH>C₆H₁₄>C₄H₁₀
   

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

Notez les deux derniers éléments du tableau ci-dessus. L'acide acétique et l'acétone sont des molécules à base de deux carbones. L'oxygène à double liaison et le groupe hydroxyle (OH) dans l'acide acétique rendent cette molécule très polarisée, provoquant une attraction intermoléculaire plus forte. L'acétone a un oxygène à double liaison au milieu plutôt qu'à la fin, ce qui crée des interactions plus faibles entre les molécules.

L'augmentation de la pression a pour effet d'élever le point d'ébullition. Considérez que la pression au-dessus du liquide est en appuyant en surface, ce qui rend difficile l'échappement des molécules dans la phase gazeuse. Plus la pression est élevée, plus l'énergie est nécessaire, donc le point d'ébullition est plus élevé à des pressions plus élevées.

A haute altitude, la pression atmosphérique est plus faible. L'effet de ceci est que les points d'ébullition sont plus bas à des altitudes plus élevées. Pour le démontrer, au niveau de la mer, l'eau bout à 100 °C, mais à La Paz, en Bolivie (altitude 11 942 pieds), l'eau bout à environ 87 °C. Les temps de cuisson des aliments bouillis doivent être modifiés pour s'assurer que les aliments sont complètement cuits.

Pour résumer la relation entre le point d'ébullition et la pression, la définition de l'ébullition se rapporte à la pression de vapeur égale à la pression externe pression, il est donc logique qu'une augmentation de la pression externe nécessite une augmentation de la pression de vapeur, qui est obtenue par une augmentation de la cinétique énergie.