Być może zauważyłeś, że różne substancje mają bardzo różne temperatury wrzenia. Na przykład etanol wrze w niższej temperaturze niż woda. Propan jest węglowodorem i gazem, podczas gdy benzyna, mieszanina węglowodorów, jest cieczą o tej samej temperaturze. Możesz zracjonalizować lub wyjaśnić te różnice, myśląc o strukturze każdej cząsteczki. W trakcie tego procesu zyskasz nowe spojrzenie na codzienną chemię.
Pomyśl o tym, co łączy molekuły w ciele stałym lub w cieczy. Wszystkie mają energię -- w ciele stałym wibrują lub oscylują, aw cieczy poruszają się wokół siebie. Dlaczego więc po prostu nie rozlatują się jak cząsteczki w gazie? Nie tylko dlatego, że odczuwają ciśnienie otaczającego powietrza. Najwyraźniej utrzymują je razem siły międzycząsteczkowe.
Pamiętaj, że kiedy cząsteczki w cieczy uwalniają się od trzymających je sił i uciekają, tworzą gaz. Ale wiesz też, że przezwyciężenie tych sił międzycząsteczkowych wymaga energii. W konsekwencji, im więcej cząsteczek energii kinetycznej w tej cieczy - im wyższa temperatura, innymi słowy - tym więcej z nich może uciec i tym szybciej ciecz wyparuje.
Podnosząc temperaturę, w końcu dojdziesz do punktu, w którym pod powierzchnią cieczy zaczną tworzyć się bąbelki pary; innymi słowy, zaczyna się gotować. Im silniejsze siły międzycząsteczkowe w cieczy, tym więcej ciepła pobiera i tym wyższa temperatura wrzenia.
Pamiętaj, że wszystkie cząsteczki doświadczają słabego przyciągania międzycząsteczkowego, nazywanego siłą dyspersyjną Londynu. Większe cząsteczki doświadczają silniejszych londyńskich sił dyspersyjnych, a molekuły w kształcie prętów doświadczają silniejszych londyńskich sił dyspersyjnych niż cząsteczki sferyczne. Na przykład propan (C3H8) jest gazem w temperaturze pokojowej, podczas gdy heksan (C6H14) jest cieczą – oba są składa się z węgla i wodoru, ale heksan jest większą cząsteczką i doświadcza silniejszej dyspersji londyńskiej siły.
Pamiętaj, że niektóre cząsteczki są polarne, co oznacza, że mają częściowy ładunek ujemny w jednym regionie i częściowy ładunek dodatni w innym. Te cząsteczki są słabo przyciągane do siebie, a ten rodzaj przyciągania jest nieco silniejszy niż siła dyspersyjna Londynu. Jeśli wszystko inne pozostanie bez zmian, bardziej polarna cząsteczka będzie miała wyższą temperaturę wrzenia niż bardziej niepolarna. Na przykład o-dichlorobenzen jest polarny, podczas gdy p-dichlorobenzen, który ma taką samą liczbę atomów chloru, węgla i wodoru, jest niepolarny. W konsekwencji o-dichlorobenzen ma temperaturę wrzenia 180 stopni Celsjusza, podczas gdy p-dichlorobenzen wrze w 174 stopniach Celsjusza.
Pamiętaj, że cząsteczki, w których wodór jest przyłączony do azotu, fluoru lub tlenu, mogą tworzyć interakcje zwane wiązaniami wodorowymi. Wiązania wodorowe są znacznie silniejsze niż siły dyspersyjne Londynu lub przyciąganie między cząsteczkami polarnymi; tam, gdzie są obecne, dominują i znacznie podwyższają temperaturę wrzenia.
Weźmy na przykład wodę. Woda jest bardzo małą cząsteczką, więc jej siły londyńskie są słabe. Ponieważ jednak każda cząsteczka wody może tworzyć dwa wiązania wodorowe, woda ma stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia, wynoszącą 100 stopni Celsjusza. Etanol jest większą cząsteczką niż woda i podlega silniejszym londyńskim siłom dyspersyjnym; ponieważ ma tylko jeden atom wodoru dostępny do wiązania wodorowego, tworzy jednak mniej wiązań wodorowych. Większe siły londyńskie nie wystarczą, aby nadrobić różnicę, a etanol ma niższą temperaturę wrzenia niż woda.
Przypomnij sobie, że jon ma ładunek dodatni lub ujemny, więc jest przyciągany do jonów o przeciwnym ładunku. Przyciąganie między dwoma jonami o przeciwnych ładunkach jest bardzo silne – w rzeczywistości znacznie silniejsze niż wiązania wodorowe. To właśnie te przyciągania jonowo-jonowe utrzymują razem kryształy soli. Prawdopodobnie nigdy nie próbowałeś gotować słonej wody, co jest dobrą rzeczą, ponieważ sól wrze w temperaturze ponad 1400 stopni Celsjusza.
Uszereguj siły międzyjonowe i międzycząsteczkowe według siły w następujący sposób:
Jon-jon (przyciąganie między jonami) Wiązanie wodorowe Dipol jonowy (jon przyciągany do cząsteczki polarnej) Dipol-dipol (dwie cząsteczki polarne przyciągane do siebie) Siła dyspersyjna Londona
Zauważ, że siła sił między cząsteczkami w cieczy lub ciele stałym jest sumą różnych interakcji, których doświadczają.