מדוע נקודת הרתיחה עולה כאשר הרדיוס האטומי עולה בהלוגנים?

ההלוגנים כוללים פלואור, כלור, ברום, יוד ואסטטין. בטמפרטורת החדר ההלוגנים הקלים יותר הם גזים, הברום הוא נוזל וההלוגנים הכבדים יותר הם מוצקים, המשקפים את טווח נקודות הרתיחה שנמצאו בקבוצה. נקודת הרתיחה של פלואור היא -188 מעלות צלזיוס (-306 מעלות פרנהייט), ואילו נקודת הרתיחה של יוד היא 184 מעלות צלזיוס (363 מעלות פרנהייט), הבדל שכמו רדיוס אטומי קשור לאטום גבוה יותר מסה.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

בהלוגנים כבדים יש יותר אלקטרונים בקליפות הערכיות שלהם. זה יכול להפוך את כוחות ואן דר וואלס לחזקים יותר, ומגדילים את נקודת הרתיחה.

ההלוגנים הם חברים במה שנקרא קבוצה 17 בטבלה המחזורית, אשר נקראים מכיוון שהם מייצגים את העמודה השבע עשרה משמאל. ההלוגנים קיימים כולם כמולקולות דיאטומיות בטבע. במילים אחרות, הם קיימים כשני אטומים מחוברים של היסוד. הלוגנים מגיבים עם מתכות ליצירת הלידים והם חומרים מחמצנים, במיוחד פלואור, שהוא היסוד האלקטרוני-שלילי ביותר. הלוגנים בהירים הם אלקטרוניים יותר, צבעם בהיר יותר ונקודות התכה ורתיחה נמוכות יותר מאשר הלוגנים כבדים יותר.

הכוחות המחזיקים את מולקולות ההלוגנים יחד נקראים כוחות פיזור של ואן דר וואלס. אלה הם כוחות המשיכה הבין-מולקולרית שיש להתגבר עליהם כדי שהלוגנים נוזליים יגיעו לנקודות הרתיחה שלהם. אלקטרונים נעים בצורה אקראית סביב גרעין האטום. בכל עת, יתכנו יותר אלקטרונים בצד אחד של מולקולה, ויצרו מטען שלילי זמני בצד זה ומטען חיובי זמני בצד השני - דיפול מיידי. הקטבים השליליים והחיוביים הזמניים של מולקולות שונות מושכים זה את זה וסכום הכוחות הזמניים מביא לכוח בין-מולקולרי חלש.

רדיוסים אטומיים נוטים להיות קטנים יותר ככל שעוברים משמאל לימין לאורך הטבלה המחזורית וגדולים ככל שעוברים מטה המחזור. הלוגנים הם כולם חלק מאותה קבוצה. עם זאת, כאשר אתה עובר מטה המחזור, ההלוגנים עם מספר האטומי גדול יותר הם כבדים יותר, הם בעלי רדיוסים אטומיים גדולים יותר ויש להם יותר פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. הרדיוס האטומי אינו משפיע על נקודת הרתיחה, אך שניהם מושפעים ממספר האלקטרונים הקשורים להלוגנים הכבדים יותר.

בהלוגנים הכבדים יש יותר אלקטרונים בקליפות הערך שלהם, מה שמביא ליותר הזדמנויות לחוסר האיזון הזמני שיוצר כוחות ואן דר וואלס. עם יותר הזדמנויות ליצור דיפולות מיידיות, הדיפולות מתרחשות בתדירות גבוהה יותר, מה שהופך את כוחות הוואן דר וואל לחזקים יותר בין מולקולות ההלוגנים הכבדים יותר. דרוש יותר חום כדי להתגבר על כוחות חזקים יותר, כלומר נקודות הרתיחה גבוהות יותר עבור הלוגנים כבדים יותר. כוחות הפיזור של ואן דר וואלס הם הכוחות הבין מולקולריים החלשים ביותר, ולכן נקודות הרתיחה של ההלוגנים כקבוצה נמוכות בדרך כלל.