אילו נוזלים רותחים בטמפרטורת גז נמוכה יותר ממים?

נקודות רתיחה של חומרים משתנות בהתאם למבנה שלהם ברמה המולקולרית. כולנו מכירים את נקודת הרתיחה של מים בלחץ סטנדרטי - 100 מעלות צלזיוס או 212 מעלות פרנהייט. רבים מהחומרים שאתה חושב עליהם כגזים, לעומת זאת, הם רק גזים מכיוון שנקודות הרתיחה שלהם הרבה מתחת לטמפרטורת החדר. אפילו לחומרים מסוימים שהם נוזלים בטמפרטורת החדר, כמו אתנול, יש נקודות רתיחה נמוכות יותר ממים.

חנקן (N2), פחמן דו חמצני, חמצן (O2), הליום, כלור (Cl2) ומימן הם כל הדוגמאות המוכרות לחומרים המתבשלים בטמפרטורות נמוכות בהרבה ממים. הליום נוזלי הוא בעל נקודת הרתיחה הנמוכה מכולן - כ -452 מעלות פרנהייט, רק 4.2 מעלות צלזיוס מעל לאפס המוחלט. למרות שחומרים אלה נקראים גזים, חשוב לזכור כי לא ניתן להגדיר שום חומר כ"גז "או" נוזל "אלא בטמפרטורה מסוימת. נוזל, מוצק וגז הם כולם רק מצבי חומר שונים, וחומר יכול לאכלס כל אחד משלושת המצבים הללו, בהתאם לטמפרטורה ולחץ.

למים יש רגע דיפול, כלומר הם קוטביים מכיוון שיש מטען שלילי חלקי חלש על חמצן ומטען חיובי חלקי חלש על מימנים. תרכובות פחמימנים כמו אלה שנמצאות בבנזין, לעומת זאת, אינן קוטביות. אינטראקציות הנקראות כוחות פיזור לונדוניים מחזיקים מולקולות לא קוטביות בשלב המוצק או הנוזל; כוחות לונדוניים אלה מתחזקים ככל שגודל המולקולות גדל. כתוצאה מכך, מולקולות לא-קוטביות קטנות רבות כמו רכיבי הבנזין רותחות בטמפרטורה נמוכה יותר ממים מכיוון שהאינטראקציות הבין-מולקולריות חלשות יותר.

בדומה למולקולות מים, אלכוהולים הם קוטביים ויכולים גם ליצור סוג מיוחד של קשר הנקרא קשר מימן. מולקולות מים, לעומת זאת, יכולות ליצור שני קשרי מימן, ואילו אלכוהול יכול ליצור רק אחד. לאלכוהול נקודת רתיחה גבוהה יותר מאשר פחמימנים באותו גודל אך נקודת רתיחה נמוכה יותר ממים. כך מכינים משקאות חריפים כמו וויסקי: באמצעות זיקוק להגברת תכולת האתנול.

למולקולות רבות אחרות יש נקודות רתיחה נמוכות יותר מאשר מים. אחת הדוגמאות הבולטות היא סוג של מולקולות הנקראות אתרים, אשר חמצן קשור לשני פחמנים; הם קוטביים מעט אך אינם קוטביים כמו מים או אלכוהול ואינם יכולים ליצור קשרי מימן, ולכן בדרך כלל יש להם נקודות רתיחה נמוכות יותר. דוגמה נוספת היא אמוניה, שנמכרת בדרך כלל מומסת במים. הוא רותח מתחת ל 0 מעלות צלזיוס ובטמפרטורת החדר נמצא כגז, אם כי כזה שמתמוסס בקלות.