Galbūt pastebėjote, kad skirtingų medžiagų virimo temperatūra labai skiriasi. Pavyzdžiui, etanolis verda žemesnėje temperatūroje nei vanduo. Propanas yra angliavandenilis ir dujos, o benzinas, angliavandenilių mišinys, yra skystis toje pačioje temperatūroje. Galite racionalizuoti arba paaiškinti šiuos skirtumus, galvodami apie kiekvienos molekulės struktūrą. Tuo metu jūs įgysite naujų įžvalgų apie kasdienę chemiją.
Pagalvokite, kas sujungia molekules kietajame ar skystame. Jie visi turi energiją - kietoje medžiagoje jie vibruoja arba svyruoja, o skystyje juda vienas šalia kito. Tai kodėl jie tiesiog neskrenda kaip molekulės dujose? Tai ne tik todėl, kad jie patiria aplinkinio oro spaudimą. Akivaizdu, kad tarpmolekulinės jėgos juos laiko.
Atminkite, kad skystyje esančios molekulės išsilaisvina iš jas laikančių jėgų ir pabėga, jos susidaro dujos. Bet jūs taip pat žinote, kad norint įveikti tas tarpmolekulines jėgas reikia energijos. Vadinasi, kuo daugiau tame skystyje yra kinetinės energijos molekulių - tuo aukštesnė temperatūra, kitaip tariant, tuo daugiau jų gali išbėgti ir greičiau skystis išgarins.
Keldami temperatūrą galiausiai pasieksite tašką, kur po skysčio paviršiumi ims formuotis garų burbuliukai; kitaip tariant, jis pradeda virti. Kuo stipresnės tarpmolekulinės jėgos skystyje, tuo daugiau šilumos ji paima ir aukštesnė virimo temperatūra.
Atminkite, kad visos molekulės patiria silpną tarpmolekulinę trauką, vadinamą Londono dispersijos jėga. Didesnės molekulės patiria stipresnes Londono dispersijos jėgas, o lazdelės formos - stipresnes Londono dispersijos jėgas nei sferinės molekulės. Pavyzdžiui, propanas (C3H8) yra dujos kambario temperatūroje, o heksanas (C6H14) yra skystis - abu yra pagamintas iš anglies ir vandenilio, tačiau heksanas yra didesnė molekulė ir stipresnė Londono dispersija jėgos.
Atminkite, kad kai kurios molekulės yra polinės, vadinasi, jos turi dalinį neigiamą krūvį viename regione ir dalinį teigiamą krūvį kitame. Šios molekulės silpnai traukia viena kitą, ir ši trauka yra šiek tiek stipresnė nei Londono dispersijos jėga. Jei visa kita išliks lygi, poliškesnės molekulės virimo temperatūra bus aukštesnė nei nepolinės. Pavyzdžiui, o-dichlorbenzenas yra poliarinis, o p-dichlorbenzenas, turintis tą patį chloro, anglies ir vandenilio atomų skaičių, yra nepolinis. Taigi o-dichlorbenzeno virimo temperatūra yra 180 laipsnių Celsijaus, o p-dichlorbenzeno virimo temperatūra siekia 174 laipsnius Celsijaus.
Atminkite, kad molekulės, kuriose vandenilis yra prijungtas prie azoto, fluoro ar deguonies, gali sukurti sąveiką, vadinamą vandenilio jungtimis. Vandenilio ryšiai yra daug stipresni už Londono dispersijos jėgas ar trauką tarp polinių molekulių; ten, kur jų yra, jie dominuoja ir virimo temperatūrą iš esmės pakelia.
Paimkite, pavyzdžiui, vandenį. Vanduo yra labai maža molekulė, todėl jo Londono jėgos yra silpnos. Kadangi kiekviena vandens molekulė gali sudaryti dvi vandenilio jungtis, vandens virimo temperatūra yra gana aukšta - 100 laipsnių Celsijaus. Etanolis yra didesnė molekulė nei vanduo ir jo stipresnės Londono dispersijos jėgos; kadangi jis turi tik vieną vandenilio atomą, kurį galima jungti vandeniliu, tačiau jis sudaro mažiau vandenilio jungčių. Didesnių Londono pajėgų nepakanka, kad susidarytų skirtumas, o etanolio virimo temperatūra yra žemesnė nei vandens.
Prisiminkime, kad jonas turi teigiamą arba neigiamą krūvį, todėl jį traukia priešingo krūvio jonai. Trauka tarp dviejų jonų, turinčių priešingus krūvius, yra labai stipri - iš tikrųjų daug stipresnė nei jungiantis vandeniliui. Būtent šios jonų jonų atrakcijos ir palaiko druskos kristalus. Tikriausiai niekada nebandėte virti sūraus vandens, o tai yra geras dalykas, nes druska verda virš 1400 laipsnių šilumos.
Rikiuokite interionines ir tarpmolekulines jėgas pagal jų stiprumą taip:
II-jonas (traukos tarp jonų) Vandenilio jungimas Jono-dipolio (jono, pritraukto prie polinės molekulės) Dipolio-dipolio (dvi viena kitai pritraukiamos polinės molekulės) Londono dispersijos jėga
Atkreipkite dėmesį, kad jėgų, esančių tarp skysčio ar kietojo kūno molekulių, stiprumas yra skirtingų jų patirtų sąveikų suma.
