Kā jūs varat noteikt, vai molekulai ir augstāka viršanas temperatūra?

Viss, kas jums jāzina par to, kā klasificēt molekulas pēc tā, kuras viršanas temperatūra ir augstāka (to nemeklējot), ir šajā rakstā. Sāksim ar dažiem pamatiem.

Novērojot ūdens trauku uz plīts, jūs zināt, ka ūdens vārās, kad redzat burbuļus, kas paceļas uz virsmu un uznirst.

Atšķirība starp iztvaikošanu un vārīšanos ir tāda, ka iztvaikošanas procesā pietiek tikai ar virsmas molekulām, kurām ir pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no šķidrās fāzes un kļūtu par gāzi. Savukārt, kad šķidrums vārās, zem virsmas esošajām molekulām ir pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no šķidrās fāzes un kļūtu par gāzi.

Viršanas temperatūra notiek ļoti noteiktā temperatūrā katrai molekulai. Tāpēc kvalitatīvajā ķīmijā to bieži izmanto, lai identificētu nezināmu vielu. Viršanas temperatūra ir paredzama tāpēc, ka to kontrolē obligāciju stiprums turot molekulā esošos atomus kopā, un kinētiskās enerģijas daudzums, lai nojauktu šīs saites, ir izmērāms un samērā uzticams.

Visām molekulām ir kinētisks enerģija; tie vibrē. Lietojot siltuma enerģiju šķidrumam, molekulām ir palielināta kinētiskā enerģija, un tās vairāk vibrē. Ja viņi vibrē pietiekami, viņi saduras viens pret otru. Molekulu graujošais spēks, kas saduras viens pret otru, ļauj viņiem pārvarēt pievilcību, kas viņiem piemīt blakus esošajām molekulām.

Kādam jābūt šķidruma vārīšanās nosacījumam? Šķidrums vārās, kad tvaika spiediens virs tā ir vienāds ar atmosfēras spiedienu.

• Galvenais ir zināt, kuras saites prasa vairāk enerģijas, lai vārīšanās notiktu.
  Saites stiprums novērtēts no spēcīgākā līdz vājākajam:
  Jonisks> H-saite> Dipols> van der Vāls
  Mazāk funkcionālo grupu> Funkcionālākas grupas (Amīds> Skābe> Alkohols> Ketons vai Aldehīds> Amīns> Esteris> Alkāns)

Ja jūs salīdzināt molekulas, lai noteiktu, kuras viršanas temperatūra ir augstāka, ņemiet vērā spēkus, kas darbojas molekulā. Tos var sagrupēt šādos trīs faktoros.

Šķidruma molekulas tiek piesaistītas viena otrai. Ir četri starpmolekulāro spēku veidi, un tie ir uzskaitīti zemāk no stiprākajiem līdz vājākajiem.

1. Jonu saite Jonu saistīšana ietver elektrona ziedošanu no viena atoma citam (piemēram, NaCl, galda sāls). NaCl piemērā pozitīvi uzlādēts nātrija jons tiek turēts tuvu negatīvi lādētajam hlorīda jonam, un tīrais efekts ir molekula, kas ir elektriski neitrāla. Tieši šī neitralitāte padara jonu saiti tik spēcīgu, un kāpēc šīs saites pārtraukšanai būtu vajadzīgs vairāk enerģijas nekā cita veida saitēm.
   
2. Ūdeņraža saite Ūdeņraža atomam, kas ir saistīts ar citu atomu, daloties ar savu valentu elektronu, ir zema elektronegativitāte (piemēram, HF, fluorūdeņradis). Elektronu mākonis ap fluora atomu ir liels un ar augstu elektronegativitāti, savukārt elektronu mākonis ap ūdeņraža atomu ir mazs un tam ir daudz mazāka elektronegativitāte. Tas apzīmē polāro kovalento saiti, kurā elektroni tiek sadalīti nevienmērīgi.
   Ne visām ūdeņraža saitēm ir vienāda stiprība, tas ir atkarīgs no tā atoma elektronegativitātes, ar kuru tas ir saistīts. Kad ūdeņradis ir saistīts ar fluoru, saite ir ļoti spēcīga, savienojoties ar hloru, tai ir mērena izturība, un, savienojot ar citu ūdeņradi, molekula ir nepolāra un ļoti vāja.
   
3. Dipols-Dipols Dipola spēks rodas, kad polārās molekulas pozitīvo galu piesaista citas polārās molekulas (CH₃COCH₃, propanons).
   
4. Van der Vālsa spēki Van der Valsa spēki izskaidro vienas molekulas nobīdošās, ar elektroniem bagātās daļas pievilcību uz citas molekulas mainīgo elektronu nabadzīgo daļu (elektronegativitātes pagaidu stāvokļi, piem., Viņš₂).

Lielāka molekula ir vairāk polarizējama, kas ir pievilcība, kas molekulas notur kopā. Viņiem ir nepieciešams vairāk enerģijas, lai izkļūtu līdz gāzes fāzei, tāpēc lielākajai molekulai ir augstāka viršanas temperatūra. Salīdziniet nātrija nitrātu un rubīdija nitrātu pēc molekulmasas un viršanas temperatūras:

10852 Rubidija nitrāts: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Molekulām, kas veido garas, taisnas ķēdes, ir spēcīgāka pievilcība apkārtējām molekulām, jo ​​tās var tuvoties. Taisnas ķēdes molekula, piemēram, butāns (C.₄H₁₀) ir neliela elektronegativitātes starpība starp oglekli un ūdeņradi.

Molekula ar divkāršotu skābekli, piemēram, butanonu (C.₄H₈O) ir sasniedzis maksimumu vidū, kur skābeklis ir saistīts ar oglekļa ķēdi. Butāna viršanas temperatūra ir tuvu 0 grādiem pēc Celsija, turpretim augstāku butanona viršanas temperatūru (79,6 grādus pēc Celsija) izskaidrojams ar molekulas formu, kas rada pievilcīgu spēku starp skābekli uz vienu molekulu un ūdeņradi uz kaimiņu molekula.

Šīs funkcijas radīs a augstāka viršanas temperatūra:

• garākas atomu ķēdes klātbūtne molekulā (polarizētāka)
• funkcionālās grupas, kas ir vairāk pakļautas (tas ir, ķēdes galā, nevis vidū)
• funkcionālo grupu polaritātes rangs: amīds> skābe> spirts> ketons vai aldehīds> amīns> esteris> alkāns

1. Salīdziniet šos trīs savienojumus:
   a) Amonjaks (NH₃b) ūdeņraža peroksīds (H₂O₂) un c) ūdens (H₂O)
   NH₃ ir nepolārs (vājš)
   H₂O₂ ir stipri polarizēts ar ūdeņraža saitēm (ļoti spēcīgs)
   H₂O polarizē ūdeņraža saites (spēcīgas)
   Jūs tos sakārtotu secībā (no stiprākā līdz vājākajam): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Salīdziniet šos trīs savienojumus:
   a) litija hidroksīds (LiOH), b) heksāns (C.₆H₁₄) un c) izobutāns (C₄H₁₀)
   LiOH ir jonu (ļoti spēcīgs)
   C₆H₁₄ ir taisna ķēde (stipra)
   C₄H₁₀ ir sazarots (vājš)
   Jūs tos sakārtotu secībā (no stiprākā līdz vājākajam): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Ievērojiet iepriekšējās tabulas pēdējos divus vienumus. Etiķskābe un acetons ir molekulas, kuru pamatā ir divi ogļi. Divkāršotā skābekļa un hidroksilgrupa (OH) etiķskābē padara šo molekulu ļoti polarizētu, izraisot spēcīgāku starpmolekulāro pievilcību. Acetonam ir divkāršs savienojums ar skābekli vidū, nevis galā, kas rada vājāku mijiedarbību starp molekulām.

Spiediena palielināšanas rezultātā vārīšanās temperatūra tiek paaugstināta. Apsveriet, ka spiediens virs šķidruma ir nospiežot uz leju uz virsmas, padarot molekulas grūti izkļūt gāzes fāzē. Jo lielāks spiediens, jo vairāk enerģijas nepieciešams, tāpēc pie augstāka spiediena viršanas temperatūra ir augstāka.

Lielā augstumā atmosfēras spiediens ir zemāks. Tā rezultātā viršanas temperatūras ir zemākas augstākos augstumos. Lai to parādītu, jūras līmenī ūdens vārīsies 100 ° C temperatūrā, bet La Pazā, Bolīvijā (11 942 pēdas augstumā) ūdens vārās aptuveni 87 ° C temperatūrā. Vārīta ēdiena gatavošanas laiks ir jāmaina, lai nodrošinātu, ka ēdiens ir pilnībā pagatavots.

Apkopojot viršanas temperatūras un spiediena saistību, vārīšanās definīcija attiecas uz tvaika spiediena vienādu ar ārējo spiedienu, tāpēc ir jēga, ka ārējā spiediena palielināšanai būs nepieciešams palielināt tvaika spiedienu, kas tiek panākts, palielinot kinētisko enerģija.