Температуры кипения веществ различаются в зависимости от их структуры на молекулярном уровне. Все мы знакомы с точкой кипения воды при стандартном давлении - 100 градусов по Цельсию или 212 градусов по Фаренгейту. Однако многие из веществ, которые вы считаете газами, являются только газами, потому что их точки кипения намного ниже комнатной температуры. Даже некоторые вещества, которые являются жидкостями при комнатной температуре, например этанол, имеют более низкую температуру кипения, чем вода.
Атмосфера
Азот (N2), диоксид углерода, кислород (O2), гелий, хлор (Cl2) и водород - все это известные примеры веществ, которые кипят при гораздо более низких температурах, чем вода. Жидкий гелий имеет самую низкую температуру кипения - около -452 градуса по Фаренгейту, что всего на 4,2 градуса по Цельсию выше абсолютного нуля. Хотя эти вещества называются газами, важно помнить, что никакое вещество нельзя определить как «газ» или «жидкость», кроме как при определенной температуре. Жидкость, твердое тело и газ - это просто разные состояния вещества, и вещество может населять любое из этих трех состояний в зависимости от температуры и давления.
Неполярные углеводороды
У воды есть дипольный момент, то есть она полярная, потому что у кислорода слабый частичный отрицательный заряд, а у водорода - слабый частичный положительный заряд. Однако углеводородные соединения, подобные тем, которые содержатся в бензине, неполярны. Взаимодействия, называемые лондонскими дисперсионными силами, удерживают неполярные молекулы вместе в твердой или жидкой фазе; эти силы Лондона усиливаются по мере увеличения размера молекул. Следовательно, многие более мелкие неполярные молекулы, такие как компоненты бензина, кипят при более низкой температуре, чем вода, потому что межмолекулярные взаимодействия слабее.
Спирты
Как и молекулы воды, спирты полярны и могут образовывать особый вид связи, называемый водородной связью. Однако молекулы воды могут образовывать две водородные связи, а спирт - только одну. Спирты обычно имеют более высокую температуру кипения, чем углеводороды того же размера, но более низкую температуру кипения, чем вода. Вот как делают ликер, подобный виски: путем дистилляции для увеличения содержания этанола.
Другие молекулы
Многие другие молекулы имеют более низкие температуры кипения, чем вода. Одним из ярких примеров является класс молекул, называемых эфирами, у которых кислород связан с двумя атомами углерода; они слегка полярны, но не так полярны, как вода или спирты, и не могут образовывать водородные связи, поэтому обычно имеют более низкие температуры кипения. Другой пример - аммиак, который обычно продается растворенным в воде. Он кипит ниже 0 градусов по Цельсию и при комнатной температуре находится в виде газа, хотя и легко растворяется.