Kaip galite nustatyti, ar molekulės virimo temperatūra yra aukštesnė?

Viskas, ką reikia žinoti apie tai, kaip suskirstyti molekules pagal tai, kurių virimo temperatūra yra aukštesnė (jos neieškant), yra šiame straipsnyje. Pradėkime nuo kelių pagrindinių dalykų.

Stebėdami vandens puodą ant viryklės, žinote, kad vanduo verda, kai matote burbuliukus, kurie kyla į paviršių ir sprogsta.

Išgarinimo ir virimo skirtumas yra tas, kad garavimo procese tik paviršiaus molekulės turi pakankamai energijos, kad galėtų išeiti iš skystos fazės ir tapti dujomis. Kita vertus, kai skystis užverda, po paviršiumi esančios molekulės turi pakankamai energijos, kad išbėgtų iš skystos fazės ir taptų dujomis.

Virimo temperatūra vyksta labai specifinėje kiekvienos molekulės temperatūroje. Štai kodėl jis dažnai naudojamas nežinomai medžiagai nustatyti kokybinėje chemijoje. Priežastis, kad virimo temperatūra yra nuspėjama, yra ta, kad ją kontroliuoja obligacijų stiprumas laikant molekulėje esančius atomus kartu, ir kinetinės energijos kiekis, kuris pertraukia šias jungtis, yra išmatuojamas ir palyginti patikimas.

Visos molekulės turi kinetinis energija; jie vibruoja. Kai skysčiui pritaikoma šilumos energija, molekulės padidina kinetinę energiją ir jos daugiau vibruoja. Jei jie pakankamai vibruoja, jie atsitrenkia vienas į kitą. Trikdanti molekulių jėga atsitrenkia viena į kitą ir leidžia joms įveikti šalia esančių molekulių patrauklumą.

Kokia sąlyga turi būti skysčio virimui? Skystis užverda, kai garų slėgis virš jo yra lygus atmosferos slėgiui.

• Svarbiausia žinoti, kurioms obligacijoms užvirti reikia daugiau energijos.
  Obligacijų stiprumas įvertintas nuo stipriausio iki silpniausio:
  Joninis> H ryšys> Dipolis> van der Waalsas
  Mažiau funkcinių grupių> Daugiau funkcinių grupių (amidas> rūgštis> alkoholis> ketonas arba aldehidas> aminas> esteris> alkanas)

Jei lyginate molekules, kad nustatytumėte, kurios virimo temperatūra yra aukštesnė, apsvarstykite jėgas, kurios veikia molekulėje. Tai galima suskirstyti į šiuos tris veiksnius.

Skysčio molekulės traukia viena kitą. Tarpmolekulinių jėgų yra keturi tipai, ir jie yra išvardyti žemiau pagal stipriausias iki silpniausias.

1. Joninis ryšys Joninis ryšys apima elektroną, kurį dovanoja vienas atomas kitam (pvz., NaCl, valgomoji druska). NaCl pavyzdyje teigiamai įkrautas natrio jonas laikomas arti neigiamai įkrauto chlorido jono, o grynasis poveikis yra elektrai neutrali molekulė. Būtent dėl ​​šio neutralumo joninis ryšys tampa toks stiprus ir kodėl tam ryšiui nutraukti reikėtų daugiau energijos nei kitokio tipo ryšiui.
   
2. Vandenilio jungtis Vandenilio atomas, sujungtas su kitu atomu dalijantis savo valentiniu elektronu, turi mažą elektronegatyvumą (pvz., HF, vandenilio fluoras). Elektronų debesis aplink fluoro atomą yra didelis ir turi didelį elektronegatyvumą, o aplink vandenilio atomą esantis elektronų debesis yra mažas ir turi daug mažiau elektronegatyvumo. Tai reiškia polinę kovalentinę jungtį, kurioje elektronai pasiskirsto nevienodai.
   Ne visi vandenilio ryšiai turi vienodą stiprumą, tai priklauso nuo atomo, prie kurio jis yra sujungtas, elektronegatyvumo. Kai vandenilis yra sujungtas su fluoru, ryšys yra labai stiprus, sujungtas su chloru - vidutinio stiprumo, o sujungus su kitu vandeniliu, molekulė yra nepolinė ir labai silpna.
   
3. Dipolis-Dipolis Dipolinė jėga atsiranda, kai teigiamą polinės molekulės galą pritraukia kitos polinės molekulės (CH₃COCH₃, propanonas).
   
4. Van der Waalso jėgos Van der Waalso jėgos lemia vienos molekulės besikeičiančios elektronų dalies trauką į slenkančią kitos molekulės elektronų dalį (laikinos elektronegatyvumo būsenos, pvz., Jis₂).

Didesnė molekulė yra labiau poliarizuojama, o tai yra trauka, kuri palaiko molekules kartu. Jiems reikia daugiau energijos, kad galėtų patekti į dujų fazę, todėl didesnės molekulės virimo temperatūra yra aukštesnė. Palyginkite natrio nitratą ir rubidžio nitratą pagal molekulinę masę ir virimo temperatūrą:

10852 Rubidžio nitratas: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Ilgas, tiesias grandines formuojančios molekulės labiau traukia aplink esančias molekules, nes jos gali priartėti. Tiesios grandinės molekulė, tokia kaip butanas (C₄H₁₀) turi nedidelį anglies ir vandenilio elektronegatyvumo skirtumą.

Molekula su dvigubai sujungtu deguonimi, pavyzdžiui, butanonas (C.₄H₈O) pasiekia aukščiausią vidurį, kur deguonis yra sujungtas su anglies grandine. Butano virimo temperatūra yra artima 0 laipsnių Celsijaus, o aukštesnė butanono virimo temperatūra (79,6 laipsnių Celsijaus) gali būti paaiškinama molekulės forma, kuri sukuria patrauklią jėgą tarp deguonies vienoje molekulėje ir vandenilio kaimyninėje molekulė.

Šios funkcijos sukurs a aukštesnė virimo temperatūra:

• ilgesnės atomų grandinės buvimas molekulėje (labiau poliarizuojamas)
• funkcinės grupės, kurios yra labiau veikiamos (tai yra grandinės gale, o ne viduryje)
• funkcinių grupių poliškumo reitingas: amidas> rūgštis> alkoholis> ketonas arba aldehidas> aminas> esteris> alkanas

1. Palyginkite šiuos tris junginius:
   a) Amoniakas (NH₃b) vandenilio peroksidas (H₂O₂) ir c) vanduo (H₂O)
   NH₃ yra nepolinis (silpnas)
   H₂O₂ yra stipriai poliarizuota vandenilio jungtimis (labai stipri)
   H₂O poliarizuoja vandeniliniai ryšiai (stiprūs)
   Rikiuotumėte tai eilės tvarka (nuo stipriausios iki silpniausios): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Palyginkite šiuos tris junginius:
   a) ličio hidroksidas (LiOH), b) heksanas (C.₆H₁₄) ir c) izobutanas (C.₄H₁₀)
   LiOH yra joninis (labai stiprus)
   C₆H₁₄ yra tiesi grandinė (stipri)
   C₄H₁₀ yra šakotas (silpnas)
   Rikiuotumėte juos eilės tvarka (nuo stipriausios iki silpniausios): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Atkreipkite dėmesį į paskutinius du lentelės elementus. Acto rūgštis ir acetonas yra molekulės, pagrįstos dviem anglimis. Dvigubai sujungta deguonies ir hidroksilo (OH) grupė acto rūgštyje daro šią molekulę labai poliarizuotą ir sukelia stipresnę tarpmolekulinę trauką. Acetonas turi dvigubai sujungtą deguonį viduryje, o ne gale, o tai sukuria silpnesnę molekulių sąveiką.

Didinant slėgį padidėja virimo temperatūra. Apsvarstykite, ar slėgis virš skysčio yra spaudžiant žemyn paviršiuje, todėl molekulėms sunku ištrūkti į dujų fazę. Kuo didesnis slėgis, tuo daugiau energijos reikia, todėl virimo temperatūra yra aukštesnė esant aukštesniam slėgiui.

Dideliame aukštyje atmosferos slėgis yra žemesnis. To pasekmė yra ta, kad virimo temperatūra yra žemesnė aukštesniame aukštyje. Norėdami tai įrodyti, jūros lygyje vanduo užvirs 100 ° C temperatūroje, tačiau La Pase, Bolivijoje (11 942 pėdų aukštyje), vanduo užveria maždaug 87 ° C temperatūroje. Norint užtikrinti, kad maistas būtų visiškai paruoštas, reikia pakeisti virto maisto kepimo laiką.

Apibendrinant santykį tarp virimo temperatūros ir slėgio, virimo apibrėžimas susijęs su garų slėgiu, lygiu išoriniam slėgį, todėl tikslinga, kad padidėjus išoriniam slėgiui reikės padidinti garų slėgį, kuris pasiekiamas padidinus kinetinį slėgį. energijos.