Jūs, iespējams, pamanījāt, ka dažādām vielām viršanas temperatūra ir ļoti atšķirīga. Piemēram, etanols vārās zemākā temperatūrā nekā ūdens. Propāns ir ogļūdeņradis un gāze, savukārt benzīns, kas ir ogļūdeņražu maisījums, ir šķidrums tajā pašā temperatūrā. Jūs varat racionalizēt vai izskaidrot šīs atšķirības, domājot par katras molekulas struktūru. Šajā procesā jūs iegūsiet jaunu ieskatu ikdienas ķīmijā.
Padomājiet par to, kas satur molekulas cietā vai šķidrumā. Viņiem visiem ir enerģija - cietā vielā tie vibrē vai svārstās un šķidrumā pārvietojas viens otram apkārt. Tad kāpēc viņi vienkārši nelido atsevišķi kā molekulas gāzē? Tas notiek ne tikai tāpēc, ka viņi izjūt spiedienu no apkārtējā gaisa. Skaidrs, ka starpmolekulārie spēki tos tur kopā.
Atcerieties, ka tad, kad šķidrumā esošās molekulas atbrīvojas no spēkiem, kas tās satur, un aizbēg, tās veido gāzi. Bet jūs arī zināt, ka šo starpmolekulāro spēku pārvarēšana prasa enerģiju. Līdz ar to, jo vairāk kinētiskās enerģijas molekulu tajā šķidrumā ir - jo augstāka temperatūra, citiem vārdiem sakot, jo vairāk no tām var izkļūt un ātrāk šķidrums iztvaiko.
Turpinot paaugstināt temperatūru, jūs galu galā sasniegsiet punktu, kurā zem šķidruma virsmas sāk veidoties tvaika burbuļi; citiem vārdiem sakot, tas sāk vārīties. Jo spēcīgāki starpmolekulārie spēki šķidrumā, jo vairāk siltuma tas prasa, un augstāka viršanas temperatūra.
Atcerieties, ka visām molekulām ir vāja starpmolekulāra pievilcība, ko sauc par Londonas dispersijas spēku. Lielākas molekulas piedzīvo spēcīgākus Londonas dispersijas spēkus, un stieņa formas molekulas piedzīvo spēcīgākus Londonas dispersijas spēkus nekā sfēriskās molekulas. Piemēram, propāns (C3H8) ir gāze istabas temperatūrā, bet heksāns (C6H14) ir šķidrums - abi ir izgatavots no oglekļa un ūdeņraža, bet heksāns ir lielāka molekula un spēcīgāka Londonas dispersija spēki.
Atcerieties, ka dažas molekulas ir polāras, tas nozīmē, ka tām ir daļējs negatīvs lādiņš vienā reģionā un daļējs pozitīvs lādiņš citā. Šīs molekulas ir vāji piesaistītas viena otrai, un šāda veida pievilcība ir nedaudz spēcīgāka nekā Londonas dispersijas spēks. Ja viss pārējais paliks vienāds, polārākas molekulas viršanas temperatūra būs augstāka nekā nepolārāka. Piemēram, o-dihlorbenzols ir polārs, bet p-dihlorbenzols, kuram ir vienāds hlora, oglekļa un ūdeņraža atomu skaits, ir nepolārs. Līdz ar to o-dihlorbenzola viršanas temperatūra ir 180 grādi pēc Celsija, savukārt p-dihlorbenzols vārās 174 grādos pēc Celsija.
Atcerieties, ka molekulas, kurās ūdeņradis ir saistīts ar slāpekli, fluoru vai skābekli, var veidot mijiedarbību, ko sauc par ūdeņraža saitēm. Ūdeņraža saites ir daudz spēcīgākas par Londonas dispersijas spēkiem vai pievilcību starp polārajām molekulām; tur, kur tie atrodas, tie dominē un ievērojami paaugstina viršanas temperatūru.
Piemēram, ņem ūdeni. Ūdens ir ļoti maza molekula, tāpēc tā Londonas spēki ir vāji. Tā kā katra ūdens molekula var veidot divas ūdeņraža saites, ūdens viršanas temperatūra ir samērā augsta - 100 grādi pēc Celsija. Etanols ir lielāka molekula nekā ūdens un izjūt spēcīgākus Londonas dispersijas spēkus; tā kā ūdeņraža savienošanai ir pieejams tikai viens ūdeņraža atoms, tas tomēr veido mazāk ūdeņraža saites. Lielāki Londonas spēki nav pietiekami, lai kompensētu starpību, un etanola viršanas temperatūra ir zemāka nekā ūdenim.
Atgādināsim, ka jonam ir pozitīvs vai negatīvs lādiņš, tāpēc tas tiek piesaistīts joniem ar pretēju lādiņu. Piesaiste starp diviem joniem ar pretēju lādiņu ir ļoti spēcīga - patiesībā daudz spēcīgāka nekā ūdeņraža savienošana. Tieši šīs jonu jonu atrakcijas satur sāls kristālus kopā. Jūs, iespējams, nekad neesat mēģinājis vārīt sālsūdeni, kas ir laba lieta, jo sāls vārās virs 1400 grādiem pēc Celsija.
Sarindojiet starpioniskos un starpmolekulāros spēkus stipruma secībā šādi:
Ionjons (atrakcijas starp joniem) Ūdeņraža savienojums Jons-dipols (jons, kuru piesaista polārā molekula) Dipola-dipols (divas polāras molekulas, kuras viena otrai piesaista) Londonas dispersijas spēks
Ņemiet vērā, ka spēku stiprums starp molekulām šķidrumā vai cietā vielā ir dažādu to mijiedarbības summa.
