Este posibil să fi observat că diferite substanțe au puncte de fierbere variabile. Etanolul, de exemplu, fierbe la o temperatură mai mică decât apa. Propanul este o hidrocarbură și un gaz, în timp ce benzina, un amestec de hidrocarburi, este un lichid la aceeași temperatură. Puteți raționaliza sau explica aceste diferențe gândindu-vă la structura fiecărei molecule. În acest proces, veți obține câteva informații noi despre chimia de zi cu zi.
Gândiți-vă la ceea ce ține împreună moleculele dintr-un solid sau un lichid. Toți au energie - într-un solid, vibrează sau oscilează și într-un lichid se mișcă unul în jurul celuilalt. Deci, de ce nu zboară doar ca moleculele dintr-un gaz? Nu doar pentru că experimentează presiunea din aerul înconjurător. În mod clar, forțele intermoleculare le țin împreună.
Amintiți-vă că atunci când moleculele dintr-un lichid se desprind de forțele care le țin împreună și scapă, ele formează un gaz. Știți, de asemenea, că depășirea acelor forțe intermoleculare necesită energie. În consecință, cu cât au mai multe molecule de energie cinetică în acel lichid - cu atât este mai mare temperatura, cu alte cuvinte - cu atât mai multe dintre ele pot scăpa și cu cât lichidul se va evapora mai repede.
Pe măsură ce creșteți temperatura, veți ajunge în cele din urmă la un punct în care bulele de vapori încep să se formeze sub suprafața lichidului; cu alte cuvinte, începe să fiarbă. Cu cât forțele intermoleculare din lichid sunt mai puternice, cu atât este nevoie de mai multă căldură și cu atât este mai mare punctul de fierbere.
Amintiți-vă că toate moleculele au o atracție intermoleculară slabă numită forța de dispersie din Londra. Moleculele mai mari experimentează forțe de dispersie londoneze mai puternice, iar moleculele în formă de tijă experimentează forțe de dispersie londoneze mai puternice decât moleculele sferice. Propanul (C3H8), de exemplu, este un gaz la temperatura camerei, în timp ce hexanul (C6H14) este un lichid - ambele sunt fabricat din carbon și hidrogen, dar hexanul este o moleculă mai mare și are o dispersie mai puternică la Londra forțelor.
Amintiți-vă că unele molecule sunt polare, adică au o sarcină negativă parțială într-o regiune și o sarcină parțială pozitivă în alta. Aceste molecule sunt slab atrase una de cealaltă, iar acest tip de atracție este puțin mai puternic decât forța de dispersie din Londra. Dacă toate celelalte rămân egale, o moleculă mai polară va avea un punct de fierbere mai mare decât una mai nepolară. De exemplu, o-diclorobenzenul este polar, în timp ce p-diclorobenzenul, care are același număr de atomi de clor, carbon și hidrogen, este nepolar. În consecință, o-diclorobenzenul are un punct de fierbere de 180 de grade Celsius, în timp ce p-diclorobenzenul fierbe la 174 de grade Celsius.
Amintiți-vă că moleculele în care hidrogenul este atașat la azot, fluor sau oxigen pot forma interacțiuni numite legături de hidrogen. Legăturile de hidrogen sunt mult mai puternice decât forțele de dispersie din Londra sau atracția dintre moleculele polare; acolo unde sunt prezenți, domină și ridică substanțial punctul de fierbere.
Luați apă de exemplu. Apa este o moleculă foarte mică, deci forțele sale londoneze sunt slabe. Deoarece fiecare moleculă de apă poate forma două legături de hidrogen, totuși, apa are un punct de fierbere relativ ridicat de 100 de grade Celsius. Etanolul este o moleculă mai mare decât apa și are forțe de dispersie mai puternice la Londra; întrucât are un singur atom de hidrogen disponibil pentru legarea hidrogenului, totuși formează mai puține legături de hidrogen. Forțele mai mari din Londra nu sunt suficiente pentru a face diferența, iar etanolul are un punct de fierbere mai mic decât apa.
Amintiți-vă că un ion are o sarcină pozitivă sau negativă, deci este atras de ioni cu o sarcină opusă. Atracția dintre doi ioni cu sarcini opuse este foarte puternică - mult mai puternică, de fapt, decât legarea hidrogenului. Aceste atracții ion-ion sunt cele care țin împreună cristalele de sare. Probabil că nu ați încercat niciodată să fierbeți apă sărată, ceea ce este un lucru bun, deoarece sarea fierbe la peste 1.400 de grade Celsius.
Clasează forțele interionice și intermoleculare în ordinea puterii, după cum urmează:
IIon-ion (atracții între ioni) Legare de hidrogen Ion-dipol (un ion atras de o moleculă polară) Dipol-dipol (două molecule polare atrase una de cealaltă) Forța de dispersie londoneză
Rețineți că puterea forțelor dintre molecule într-un lichid sau un solid este suma diferitelor interacțiuni pe care le experimentează.