Cum puteți stabili dacă o moleculă are un punct de fierbere mai mare?

Tot ce trebuie să știți despre cum să clasificați moleculele în funcție de care unul are punctul de fierbere mai ridicat (fără să-l priviți) se află în acest articol. Să începem cu câteva elemente de bază.

Când observați o oală cu apă pe aragaz, știți că apa fierbe atunci când vedeți bule care se ridică la suprafață și apar.

Diferența dintre evaporare și fierbere este că în procesul de evaporare doar moleculele de suprafață au suficientă energie pentru a scăpa de faza lichidă și a deveni un gaz. Când un lichid fierbe, pe de altă parte, moleculele de sub suprafață au suficientă energie pentru a scăpa de faza lichidă și a deveni un gaz.

Punctul de fierbere apare la o temperatură foarte specifică pentru fiecare moleculă. De aceea este adesea folosit pentru a identifica o substanță necunoscută în chimia calitativă. Motivul pentru care punctul de fierbere este previzibil se datorează faptului că este controlat de puterea legăturilor ținând împreună atomii din moleculă, iar cantitatea de energie cinetică pentru a rupe aceste legături este măsurabilă și relativ fiabilă.

Toate moleculele au cinetică energie; ei vibrează. Atunci când energia termică este aplicată unui lichid, moleculele au energie cinetică crescută și vibrează mai mult. Dacă vibrează suficient, se lovesc unul de celălalt. Forța perturbatoare a moleculelor care se lovesc una de alta le permite să depășească atracția pe care o au pentru moleculele de lângă ei.

Ce condiție trebuie să existe pentru ca un lichid să fiarbă? Lichidul fierbe când presiunea vaporilor de deasupra acestuia este egală cu presiunea atmosferică.

• Cheia este să știm ce legături necesită mai multă energie pentru a se produce fierberea.
  Puterea legăturii evaluat de la cel mai puternic la cel mai slab:
  Ionic> H-bond> Dipol> van der Waals
  Mai puține grupe funcționale> Mai multe grupuri funcționale (Amidă> Acid> Alcool> Cetonă sau Aldehidă> Amină> Ester> Alcan)

Dacă comparați moleculele pentru a determina care are punctul de fierbere mai mare, luați în considerare forțele care acționează în interiorul moleculei. Acestea pot fi grupate în următorii trei factori.

Moleculele din lichid sunt atrase una de cealaltă. Există patru tipuri de forțe intermoleculare și sunt enumerate mai jos în ordinea celor mai puternice până la cele mai slabe.

1. Legătură ionică Legarea ionică implică donarea unui electron de la un atom la altul (de exemplu NaCl, sare de masă). În exemplul de NaCI, ionul de sodiu încărcat pozitiv este ținut în imediata apropiere a ionului clorură încărcat negativ, iar efectul net este o moleculă care este neutră electric. Această neutralitate face ca legătura ionică să fie atât de puternică și de ce ar fi nevoie de mai multă energie pentru a rupe legătura decât un alt tip de legătură.
   
2. Legătură de hidrogen Un atom de hidrogen care este legat de un alt atom prin partajarea electronului său valent are o electronegativitate redusă (de exemplu, HF, fluorură de hidrogen). Norul de electroni din jurul atomului de fluor este mare și are o electronegativitate ridicată, în timp ce norul de electroni din jurul atomului de hidrogen este mic și are mult mai puțină electronegativitate. Aceasta reprezintă o legătură covalentă polară în care electronii sunt împărțiți inegal.
   Nu toate legăturile de hidrogen au aceeași forță, depinde de electronegativitatea atomului de care este legat. Când hidrogenul este legat de fluor, legătura este foarte puternică, când este legată cu clor are o rezistență moderată, iar atunci când este legată cu un alt hidrogen, molecula este nepolară și este foarte slabă.
   
3. Dipol-Dipol O forță dipol apare atunci când capătul pozitiv al unei molecule polare este atras de capătul negativ al altei molecule polare (CH₃COCH₃, propanonă).
   
4. Forțele Van der Waals Forțele Van der Waals explică atracția porțiunii schimbătoare de electroni a unei molecule la porțiunea săracă în electroni a unei alte molecule (stări temporare de electronegativitate, de ex. El₂).

O moleculă mai mare este mai polarizabilă, ceea ce reprezintă o atracție care menține moleculele împreună. Au nevoie de mai multă energie pentru a scăpa în faza gazoasă, astfel încât molecula mai mare are punctul de fierbere mai mare. Comparați azotatul de sodiu și azotatul de rubidiu în ceea ce privește greutatea moleculară și punctul de fierbere:

10852 Azotat de rubidiu: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Moleculele care formează lanțuri lungi și drepte au atracții mai puternice asupra moleculelor din jurul lor, deoarece se pot apropia. O moleculă cu lanț drept ca butanul (C₄H₁₀) are o mică diferență de electronegativitate între carbon și hidrogen.

O moleculă cu oxigen dublu legat, cum ar fi butanona (C₄H₈O) are vârf la mijloc, unde oxigenul este legat de lanțul de carbon. Punctul de fierbere al butanului este aproape de 0 grade Celsius, în timp ce punctul de fierbere mai mare al butanonei (79,6 grade Celsius) poate fi explicat prin forma moleculei, care creează o forță atractivă între oxigenul unei molecule și hidrogenul unei vecine moleculă.

Următoarele caracteristici vor avea ca efect crearea unui punct de fierbere mai mare:

• prezența unui lanț mai lung de atomi în moleculă (mai polarizabil)
• grupuri funcționale care sunt mai expuse (adică la capătul unui lanț, mai degrabă decât la mijloc)
• clasificarea polarității grupurilor funcționale: amidă> acid> alcool> cetonă sau aldehidă> amină> ester> alcan

1. Comparați acești trei compuși:
   a) Amoniac (NH₃), b) peroxid de hidrogen (H₂O₂) și c) apă (H₂O)
   NH₃ este nepolar (slab)
   H₂O₂ este puternic polarizat de legăturile de hidrogen (foarte puternic)
   H₂O este polarizat de legături de hidrogen (puternic)
   Le-ați clasifica în ordine (de la cel mai puternic la cel mai slab): H₂O₂> H₂O> NH₃
   
2. Comparați acești trei compuși:
   a) Hidroxid de litiu (LiOH), b) hexan (C₆H₁₄) și c) izo-butan (C₄H₁₀)
   LiOH este ionic (foarte puternic)
   C₆H₁₄ este un lant drept (puternic)
   C₄H₁₀ este ramificat (slab)
   Le-ați clasifica în ordine (de la cel mai puternic la cel mai slab): LiOH> C₆H₁₄> C₄H₁₀
   

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

Rețineți ultimele două elemente din tabelul de mai sus. Acidul acetic și acetonă sunt molecule pe bază de doi atomi de carbon. Grupul dublu legat de oxigen și hidroxil (OH) din acidul acetic fac această moleculă foarte polarizată, provocând o atracție intermoleculară mai puternică. Acetona are un oxigen legat dublu la mijloc, mai degrabă decât la final, ceea ce creează interacțiuni mai slabe între molecule.

Efectul creșterii presiunii este creșterea punctului de fierbere. Luați în considerare faptul că presiunea de deasupra lichidului este apăsând în jos la suprafață, ceea ce face dificilă evacuarea moleculelor în faza gazoasă. Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este necesară mai multă energie, astfel încât punctul de fierbere este mai mare la presiuni mai mari.

La altitudini mari, presiunea atmosferică este mai mică. Efectul este că punctele de fierbere sunt mai mici la altitudini mai mari. Pentru a demonstra acest lucru, la nivelul mării, apa va fierbe la 100 ° C, dar în La Paz, Bolivia (cota 11,942 picioare), apa fierbe la aproximativ 87 ° C. Timpii de gătit pentru alimentele fierte trebuie schimbate pentru a vă asigura că alimentele sunt gătite complet.

Pentru a rezuma relația dintre punctul de fierbere și presiune, definiția fierberii se referă la presiunea vaporilor egală cu cea externă presiune, deci are sens că o creștere a presiunii externe va necesita o creștere a presiunii vaporilor, care se realizează printr-o creștere a energie.