Hogyan állapíthatja meg, hogy egy molekula forráspontja magasabb-e?

Ebben a cikkben megtalálható minden, amit tudnia kell arról, hogyan lehet a molekulákat rangsorolni aszerint, hogy melyik forráspontja magasabb (anélkül, hogy megkeresné). Kezdjük néhány alaptal.

Amikor megfigyel egy fazék vizet a tűzhelyen, tudja, hogy a víz forr, ha buborékokat lát, amelyek a felszínre emelkednek és felpattannak.

A párolgás és a forralás közötti különbség az, hogy a párolgási folyamatban csak a felszíni molekulák rendelkeznek elegendő energiával a folyékony fázisból való kilépéshez és gázzá váláshoz. Ha viszont egy folyadék forr, a felszín alatti molekuláknak elegendő energiájuk van ahhoz, hogy a folyékony fázisból elmenjenek, és gázzá váljanak.

A forráspont nagyon specifikus hőmérsékleten következik be az egyes molekulák esetében. Ezért használják kvalitatív kémia során ismeretlen anyag azonosítására. Az oka annak, hogy a forráspont kiszámítható, mert a a kötések erőssége a molekulában lévő atomok összetartása, és a kinetikus energia mennyisége a kötések megtörésére mérhető és viszonylag megbízható.

Minden molekulának van kinetikus energia; rezegnek. Ha hőenergiát alkalmaznak egy folyadékra, akkor a molekulák kinetikus energiája megnő, és jobban rezegnek. Ha kellően rezegnek, egymásnak ütköznek. Az egymásba ütköző molekulák megzavaró ereje lehetővé teszi számukra, hogy legyőzzék a vonzást, amelyet a mellettük lévő molekulák iránt éreznek.

Milyen feltételnek kell fennállnia ahhoz, hogy egy folyadék felforrjon? A folyadék forr, ha a felette lévő gőznyomás megegyezik a légköri nyomással.

• A legfontosabb az, hogy tudjuk, mely kötések több energiát igényelnek a forraláshoz.
  Kötés erőssége a legerősebbtől a leggyengébbig:
  Ionos> H-kötés> Dipólus> van der Waals
  Kevesebb funkciós csoport> Több funkcionális csoport (amid> sav> alkohol> keton vagy aldehid> amin> észter> alkán)

Ha molekulákat hasonlít össze annak meghatározásához, hogy melyik forráspontja magasabb, vegye figyelembe a molekulán belül működő erőket. Ezeket a következő három tényezőre lehet csoportosítani.

A folyadékban lévő molekulák vonzódnak egymáshoz. Négyféle intermolekuláris erő létezik, amelyeket az alábbiakban sorolunk fel a legerősebbtől a leggyengébbig.

1. Ionos kötés Az ionos kötés során az elektronokat egyik atomtól a másikig adományozzák (pl. NaCl, konyhasó). A NaCl példájában a pozitív töltésű nátrium-ion a negatív töltésű klorid-ion közelében helyezkedik el, és a nettó hatás egy elektromosan semleges molekula. Ez a semlegesség teszi az ionkötést olyan erőssé, és ezért több energiára lenne szükség a kötés megszakításához, mint egy másik típusú kötéshez.
   
2. Hidrogén kötés Az a hidrogénatom, amely valens elektronjának megosztásával kapcsolódik egy másik atomhoz, alacsony elektronegativitású (pl. HF, hidrogén-fluorid). A fluoratom körüli elektronfelhő nagy és nagy az elektronegativitása, míg a hidrogénatom körüli elektronfelhő kicsi és sokkal kevesebb az elektronegativitása. Ez egy poláris kovalens kötést jelent, amelyben az elektronok egyenlőtlenül oszlanak meg.
   Nem minden hidrogénkötésnek azonos az ereje, ez függ az atom elektronegativitásától, amelyhez kapcsolódik. Ha a hidrogén fluorhoz kötődik, akkor a kötés nagyon erős, klórhoz kötődve közepes erősségű, másik hidrogénnel kötve a molekula nem poláros és nagyon gyenge.
   
3. Dipólus-Dipólus Dipólus erő akkor fordul elő, amikor a poláris molekula pozitív végét vonzzák egy másik poláris molekula negatív végéhez (CH₃COCH₃, propanon).
   
4. Van der Waals erők A Van der Waals-erők az egyik molekula változó elektronban gazdag részének vonzerejét jelentik egy másik molekula változó elektronszegény részéhez (az elektronegativitás átmeneti állapotai, pl. Ő₂).

Egy nagyobb molekula polarizálhatóbb, ami vonzerő, amely együtt tartja a molekulákat. Több energiára van szükségük ahhoz, hogy a gázfázisba menjenek, így a nagyobb molekula forráspontja magasabb. Hasonlítsa össze a nátrium-nitrátot és a rubídium-nitrátot molekulatömeg és forráspont szerint:

10852 Rubídium-nitrát: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

A hosszú, egyenes láncokat alkotó molekulák erősebben vonzódnak a körülöttük lévő molekulákhoz, mert közelebb kerülhetnek. Egyenes láncú molekula, mint a bután (C₄H₁₀) kis elektronegativitási különbséggel rendelkezik a szén és a hidrogén között.

Molekula kettős kötésű oxigénnel, például butanon (C₄H₈Az O) középpontjában van, ahol az oxigén kapcsolódik a szénlánchoz. A bután forráspontja közel 0 Celsius fok, míg a butanon magasabb forráspontja (79,6 Celsius fok) a molekula alakjával magyarázható, amely vonzó erőt hoz létre az egyik molekula oxigénje és a szomszédos hidrogén között molekula.

A következő funkciók hatására létrejön a magasabb forráspont:

• hosszabb atomlánc jelenléte a molekulában (polarizálhatóbb)
• funkcionális csoportok, amelyek jobban ki vannak téve (vagyis a lánc végén, nem pedig a közepén)
• a funkcionális csoportok polaritási sorrendje: Amid> Sav> Alkohol> Keton vagy Aldehid> Amin> Ester> Alkán

1. Hasonlítsa össze ezt a három vegyületet:
   a) ammónia (NH₃b) hidrogén-peroxid (H₂O₂és c) víz (H₂O)
   NH₃ nem poláris (gyenge)
   H₂O₂ hidrogénkötésekkel erősen polarizált (nagyon erős)
   H₂O-t hidrogénkötések polarizálják (erős)
   Ezeket sorrendben rangsorolná (a legerősebbtől a leggyengébbig): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Hasonlítsa össze ezt a három vegyületet:
   a) lítium-hidroxid (LiOH), b) hexán (C₆H₁₄és c) izo-bután (C₄H₁₀)
   A LiOH ionos (nagyon erős)
   C₆H₁₄ egyenes lánc (erős)
   C₄H₁₀ elágazó (gyenge)
   Ezeket sorrendben rangsorolná (a legerősebbtől a leggyengébbig): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Vegye figyelembe a fenti táblázat utolsó két elemét. Az ecetsav és az aceton két szénatomon alapuló molekula. Az ecetsav kettős kötésű oxigén- és hidroxil- (OH) csoportja miatt ez a molekula nagyon polarizált, ami erősebb molekulák közötti vonzódást okoz. Az acetonban kettős kötésű oxigén van a közepén, nem pedig a végén, ami gyengébb kölcsönhatásokat hoz létre a molekulák között.

A nyomás növelésével a forráspont megemelkedik. Vegye figyelembe, hogy a folyadék feletti nyomás lenyomva a felszínen, ami megnehezíti a molekulák kijutását a gázfázisba. Minél nagyobb a nyomás, annál több energiára van szükség, ezért magasabb forráspontnál magasabb a forráspont.

Nagy magasságban a légköri nyomás alacsonyabb. Ennek az az oka, hogy a forráspontok alacsonyabbak a nagyobb magasságokban. Ennek bizonyítására a tengerszinten a víz 100 ° C-on forral, de a bolíviai La Pazban (11 942 láb magaslat) körülbelül 87 ° C-on forr a víz. A főtt ételek főzési idejét meg kell változtatni annak biztosítása érdekében, hogy az ételek teljesen elkészüljenek.

Összefoglalva a forráspont és a nyomás kapcsolatát, a forráspont meghatározása arra vonatkozik, hogy a gőznyomás megegyezik a külső nyomással nyomás, ezért van értelme, hogy a külső nyomás növekedéséhez szükség lesz a gőznyomás növekedésére, amelyet a kinetikai energia.