Kako možete utvrditi ima li molekula višu tačku ključanja?

U ovom je članku sve što trebate znati o tome kako poredati molekule prema tome koja ima veće vrelište (bez traženja). Krenimo s nekim osnovama.

Promatrajući lonac s vodom na štednjaku, znate da voda ključa kad vidite mjehuriće koji se podižu na površinu i iskaču.

Razlika između isparavanja i vrenja je u tome što u procesu isparavanja samo površinske molekule imaju dovoljno energije da izađu iz tekuće faze i postanu plin. S druge strane, kad tekućina zakuha, molekule ispod površine imaju dovoljno energije da izađu iz tekuće faze i postanu plin.

Točka ključanja događa se na vrlo određenoj temperaturi za svaku molekulu. Zbog toga se često koristi za identificiranje nepoznate tvari u kvalitativnoj kemiji. Razlog zašto je vrelište predvidljivo je taj što ga kontrolira jačina veza držeći atome u molekuli na okupu, a količina kinetičke energije za razbijanje tih veza mjerljiva je i relativno pouzdana.

Sve molekule imaju kinetički energija; vibriraju. Kada se toplinska energija primijeni na tekućinu, molekule povećavaju kinetičku energiju i one vibriraju više. Ako dovoljno vibriraju, nalete jedno na drugo. Sila ometanja molekula koje se sudaraju jedna u drugu omogućuje im da prevladaju privlačnost koju imaju za molekule pokraj sebe.

Koji uvjet mora postojati da bi tekućina zakuhala? Tekućina zakipi kada je tlak pare iznad nje jednak atmosferskom tlaku.

• Ključno je znati kojim vezama je potrebno više energije da bi došlo do vrenja.
  Snaga veze ocijenjeno najjačim do najslabijim:
  Jonska> H-veza> Dipol> van der Waals
  Manje funkcionalnih skupina> Više funkcionalnih skupina (amid> kiselina> alkohol> keton ili aldehid> amin> ester> alkan)

Ako uspoređujete molekule kako biste utvrdili koja ima veće vrelište, uzmite u obzir sile koje djeluju u molekuli. Oni se mogu grupirati u sljedeća tri čimbenika.

Molekule unutar tekućine privlače jedna drugu. Postoje četiri vrste intermolekularnih sila i one su navedene u nastavku kako bi bile najsnažnije do najslabije.

1. Jonska veza Jonska veza uključuje elektron koji se donira s jednog atoma na drugi (npr. NaCl, kuhinjska sol). U primjeru NaCl, pozitivno nabijeni natrijev ion drži se u neposrednoj blizini negativno nabijenog kloridnog iona, a neto učinak je molekula koja je električki neutralna. Upravo ta neutralnost čini ionsku vezu tako snažnom i zašto bi za njezino prekidanje trebalo više energije nego za drugu vrstu veze.
   
2. Vodikova veza Atom vodika koji je vezan za drugi atom dijeljenjem svog valentnog elektrona ima malu elektronegativnost (npr. HF, vodikov fluorid). Elektronski oblak oko atoma fluora velik je i ima visoku elektronegativnost, dok je elektronski oblak oko atoma vodika mali i ima mnogo manje elektronegativnosti. To predstavlja polarnu kovalentnu vezu u kojoj su elektroni nejednako podijeljeni.
   Nisu sve vodikove veze iste snage, to ovisi o elektronegativnosti atoma na koji je vezan. Kad je vodik vezan za fluor, veza je vrlo jaka, kada je vezana za klor ima umjerenu čvrstoću, a kada je vezana za drugi vodik, molekula je nepolarna i vrlo je slaba.
   
3. Dipol-Dipol Dipolna sila nastaje kada pozitivni kraj polarne molekule privuče negativni kraj druge polarne molekule (CH₃COCH₃, propanon).
   
4. Van der Waalsove snage Van der Waalsove sile objašnjavaju privlačnost promjenjivog dijela molekule bogate elektronima na pomicanje elektrona siromašnog dijela druge molekule (privremena stanja elektronegativnosti, na pr. On₂).

Veća molekula je polarizibilnija, što je atrakcija koja drži molekule na okupu. Treba im više energije da pobjegnu u plinsku fazu, pa veća molekula ima veće vrelište. Usporedite natrijev nitrat i rubidijev nitrat u smislu molekularne težine i točke vrenja:

10852 Rubidijev nitrat: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Molekule koje tvore duge, ravne lance imaju jače privlačnost za molekule oko sebe jer se mogu približiti. Ravnolančana molekula poput butana (C₄H₁₀) ima malu razliku u elektronegativnosti između ugljika i vodika.

Molekula s dvostruko vezanim kisikom, poput butanona (C₄H₈O) doseže vrhunac u sredini gdje je kisik vezan za ugljikov lanac. Tačka ključanja butana je blizu 0 stupnjeva Celzija, dok viša točka vrenja butanona (79,6 stupnjeva Celzijevih) može biti objašnjava se oblikom molekule koja stvara privlačnu silu između kisika na jednoj molekuli i vodika na susjednoj molekula.

Sljedeće značajke učinit će stvaranjem a više vrelište:

• prisutnost duljeg lanca atoma u molekuli (polarizibilniji)
• funkcionalne skupine koje su izloženije (to jest na kraju lanca, a ne u sredini)
• poredak polariteta funkcionalnih skupina: amid> kiselina> alkohol> keton ili aldehid> amin> ester> alkan

1. Usporedite ova tri spoja:
   a) Amonijak (NH₃), b) vodikov peroksid (H₂O₂) i c) vode (H₂O)
   NH₃ je nepolaran (slab)
   H₂O₂ snažno polariziran vodikovim vezama (vrlo jak)
   H₂O je polariziran vodikovim vezama (jaka)
   Poredali biste ih po redoslijedu (od najjačih do najslabijih): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Usporedite ova tri spoja:
   a) Litijev hidroksid (LiOH), b) heksan (C₆H₁₄) i c) izo-butan (C₄H₁₀)
   LiOH je ionski (vrlo jak)
   C₆H₁₄ je ravni lanac (jak)
   C₄H₁₀ je razgranat (slab)
   Poredali biste ih po redoslijedu (najjači do najslabiji): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Zabilježite posljednje dvije stavke u gornjoj tablici. Octena kiselina i aceton molekule su na osnovi dvaju ugljika. Dvostruko vezane skupine kisika i hidroksila (OH) u octenoj kiselini čine ovu molekulu vrlo polariziranom, što uzrokuje jaču intermolekularnu privlačnost. Aceton ima dvostruko vezan kisik u sredini, umjesto na kraju, što stvara slabije interakcije između molekula.

Učinak povećanja tlaka je povišenje točke vrenja. Uzmite u obzir da je tlak iznad tekućine pritiskajući dolje na površini, otežavajući molekulama izlazak u plinsku fazu. Što je veći pritisak, to je potrebno više energije, pa je točka ključanja veća kod većih tlakova.

Na velikim nadmorskim visinama atmosferski je tlak niži. Učinak je toga da su točke vrenja niže na većim nadmorskim visinama. Da bi se to pokazalo, na razini mora voda će kipjeti na 100 ° C, ali u La Pazu u Boliviji (kota 11.942 stope) voda ključa na oko 87 ° C. Potrebno je promijeniti vrijeme kuhanja kuhane hrane kako bi se osiguralo da je hrana potpuno kuhana.

Da sumiramo odnos između točke vrenja i tlaka, definicija vrenja odnosi se na tlak pare jednak vanjskom tlaka, pa ima smisla da će za povećanje vanjskog tlaka biti potrebno povećanje tlaka pare, što se postiže povećanjem kinetičkog energije.