Como você pode determinar se uma molécula tem um ponto de ebulição mais alto?

Tudo o que você precisa saber sobre como classificar as moléculas de acordo com qual delas tem o ponto de ebulição mais alto (sem pesquisar) está neste artigo. Vamos começar com alguns princípios básicos.

Ao observar uma panela com água no fogão, você sabe que a água está fervendo quando vê bolhas que sobem à superfície e estouram.

A diferença entre a evaporação e a ebulição é que, no processo de evaporação, apenas as moléculas da superfície têm energia suficiente para escapar da fase líquida e se tornar um gás. Quando um líquido ferve, por outro lado, as moléculas abaixo da superfície têm energia suficiente para escapar da fase líquida e se tornar um gás.

O ponto de ebulição ocorre em uma temperatura muito específica para cada molécula. É por isso que é freqüentemente usado para identificar uma substância desconhecida na química qualitativa. A razão pela qual o ponto de ebulição é previsível é porque ele é controlado pelo força dos laços

Todas as moléculas têm cinética energia; eles estão vibrando. Quando a energia térmica é aplicada a um líquido, as moléculas aumentam a energia cinética e vibram mais. Se vibrarem o suficiente, eles se chocam. A força disruptiva das moléculas colidindo umas com as outras permite que elas superem a atração que têm pelas moléculas ao seu lado.

Que condição deve existir para um líquido ferver? O líquido ferve quando a pressão de vapor acima é igual à pressão atmosférica.

• A chave é saber quais ligações requerem mais energia para que ocorra a fervura.
  Força de ligação avaliado do mais forte para o mais fraco:
  Iônico> Ligação H> Dipolo> van der Waals
  Menos grupos funcionais> Mais grupos funcionais (Amida> Ácido> Álcool> Cetona ou Aldeído> Amina> Éster> Alcano)

Se você estiver comparando moléculas para determinar qual tem o ponto de ebulição mais alto, considere as forças que atuam dentro da molécula. Eles podem ser agrupados nos três fatores a seguir.

As moléculas dentro do líquido são atraídas umas pelas outras. Existem quatro tipos de forças intermoleculares e estão listados abaixo, da mais forte para a mais fraca.

1. Ligação iônica A ligação iônica envolve um elétron sendo doado de um átomo para outro (por exemplo, NaCl, sal de cozinha). No exemplo do NaCl, o íon sódio carregado positivamente é mantido próximo ao íon cloreto carregado negativamente e o efeito líquido é uma molécula que é eletricamente neutra. É essa neutralidade que torna a ligação iônica tão forte e por que seria necessária mais energia para quebrá-la do que um tipo diferente de ligação.
   
2. Ligação de hidrogênio Um átomo de hidrogênio que está ligado a outro átomo por compartilhar seu elétron valente tem baixa eletronegatividade (por exemplo, HF, fluoreto de hidrogênio). A nuvem de elétrons ao redor do átomo de flúor é grande e tem alta eletronegatividade, enquanto a nuvem de elétrons ao redor do átomo de hidrogênio é pequena e tem muito menos eletronegatividade. Isso representa uma ligação covalente polar na qual os elétrons são compartilhados de forma desigual.
   Nem todas as ligações de hidrogênio têm a mesma força, isso depende da eletronegatividade do átomo ao qual está ligado. Quando o hidrogênio está ligado ao flúor, a ligação é muito forte, quando ligado ao cloro ele tem força moderada, e quando ligado a outro hidrogênio, a molécula é apolar e é muito fraca.
   
3. Dipolo-dipolo Uma força dipolo ocorre quando a extremidade positiva de uma molécula polar é atraída para a extremidade negativa de outra molécula polar (CH₃COCH₃, propanona).
   
4. Forças de Van der Waals As forças de Van der Waals são responsáveis ​​pela atração da mudança da porção rica em elétrons de uma molécula para a porção pobre em elétrons de mudança de outra molécula (estados temporários de eletronegatividade, por exemplo, Ele₂).

Uma molécula maior é mais polarizável, o que é uma atração que mantém as moléculas juntas. Eles precisam de mais energia para escapar para a fase gasosa, então a molécula maior tem o ponto de ebulição mais alto. Compare o nitrato de sódio e o nitrato de rubídio em termos de peso molecular e ponto de ebulição:

10852 Nitrato de rubídio: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Moléculas que formam cadeias longas e retas têm atrações mais fortes para as moléculas ao seu redor porque podem se aproximar. Uma molécula de cadeia linear como o butano (C₄H₁₀) tem uma pequena diferença de eletronegatividade entre carbono e hidrogênio.

Uma molécula com um oxigênio de ligação dupla, como a butanona (C₄H₈O) tem o pico no meio, onde o oxigênio está ligado à cadeia de carbono. O ponto de ebulição do butano é próximo a 0 graus Celsius, enquanto o ponto de ebulição mais alto da butanona (79,6 graus Celsius) pode ser explicado pela forma da molécula, que cria uma força atrativa entre o oxigênio em uma molécula e o hidrogênio em uma molécula vizinha molécula.

Os seguintes recursos terão o efeito de criar um ponto de ebulição mais alto:

• a presença de uma cadeia mais longa de átomos na molécula (mais polarizável)
• grupos funcionais que estão mais expostos (ou seja, no final de uma cadeia, em vez de no meio)
• a classificação de polaridade dos grupos funcionais: Amida> Ácido> Álcool> Cetona ou Aldeído> Amina> Éster> Alcano

1. Compare estes três compostos:
   a) Amônia (NH₃), b) peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e c) água (H₂O)
   NH₃ é apolar (fraco)
   H₂O₂ é fortemente polarizado por ligações de hidrogênio (muito forte)
   H₂O é polarizado por ligações de hidrogênio (forte)
   Você classificaria estes em ordem (do mais forte para o mais fraco): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Compare estes três compostos:
   a) Hidróxido de lítio (LiOH), b) hexano (C₆H₁₄) e c) iso-butano (C₄H₁₀)
   LiOH é iônico (muito forte)
   C₆H₁₄ é uma corrente reta (forte)
   C₄H₁₀ é ramificado (fraco)
   Você classificaria estes em ordem (do mais forte para o mais fraco): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Observe os dois últimos itens da tabela acima. O ácido acético e a acetona são moléculas baseadas em dois carbonos. O oxigênio de ligação dupla e o grupo hidroxila (OH) no ácido acético tornam essa molécula muito polarizada, causando uma atração intermolecular mais forte. A acetona tem um oxigênio com ligação dupla no meio, em vez de no final, o que cria interações mais fracas entre as moléculas.

O efeito do aumento da pressão é aumentar o ponto de ebulição. Considere que a pressão acima do líquido é pressionando para baixo na superfície, dificultando o escape das moléculas para a fase gasosa. Quanto mais pressão, mais energia é necessária, de modo que o ponto de ebulição é maior em pressões mais altas.

Em grandes altitudes, a pressão atmosférica é mais baixa. O efeito disso é que os pontos de ebulição são mais baixos em altitudes mais elevadas. Para demonstrar isso, ao nível do mar, a água ferverá a 100 ° C, mas em La Paz, Bolívia (altitude de 11.942 pés), a água ferve a cerca de 87 ° C. Os tempos de cozimento para alimentos fervidos precisam ser alterados para garantir que os alimentos estejam completamente cozidos.

Para resumir a relação entre ponto de ebulição e pressão, a definição de ebulição refere-se à pressão de vapor sendo igual à externa pressão, então faz sentido que um aumento na pressão externa exija um aumento na pressão de vapor, que é alcançado por um aumento na cinética energia.