Како можете утврдити да ли молекул има већу тачку кључања?

У овом чланку је све што треба да знате о томе како рангирати молекуле према томе који има вишу тачку кључања (без тражења). Почнимо са неким основама.

Када посматрате лонац воде на шпорету, знате да вода кључа када видите мехуриће који се подижу на површину и искачу.

Разлика између испаравања и кључања је у томе што у процесу испаравања само површински молекули имају довољно енергије да изађу из течне фазе и постану гас. С друге стране, када течност прокључа, молекули испод површине имају довољно енергије да изађу из течне фазе и постану гас.

Тачка кључања се јавља на врло специфичној температури за сваки молекул. Због тога се често користи за идентификацију непознате супстанце у квалитативној хемији. Разлог зашто је тачка кључања предвидљива је зато што се њоме контролише јачина веза држећи атоме у молекулу заједно, а количина кинетичке енергије за разбијање тих веза је мерљива и релативно поуздана.

Сви молекули имају кинетички

Који услов мора да постоји да би течност прокључала? Течност кључа када је притисак паре изнад ње једнак атмосферском притиску.

• Кључно је знати којим везама је потребно више енергије да би дошло до кључања.
  Чврстоћа оцењено најјачим до најслабијим:
  Јонска> Х-веза> Дипол> ван дер Ваалс
  Мање функционалних група> Више функционалних група (амид> киселина> алкохол> кетон или алдехид> амин> естер> алкан)

Ако упоређујете молекуле да бисте утврдили која има већу тачку кључања, узмите у обзир силе које делују у молекулу. Они се могу груписати у следећа три фактора.

Молекули у течности се међусобно привлаче. Постоје четири врсте интермолекуларних сила и оне су наведене у наставку по редоследу од најјачих до најслабијих.

1. Јонска веза Јонска веза укључује електрон који се донира са једног атома на други (нпр. НаЦл, кухињска со). У примеру НаЦл, позитивно наелектрисани натријум-јон се држи у непосредној близини негативно наелектрисаног хлоридног јона и нето ефекат је молекул који је електрично неутралан. Управо та неутралност чини јонску везу тако снажном и зашто би за прекид те везе било потребно више енергије него за другу врсту везе.
   
2. Водонична веза Атом водоника који је везан за други атом дељењем свог валентног електрона има малу електронегативност (нпр. ХФ, флуороводоник). Електронски облак око атома флуора је велик и има високу електронегативност, док је електронски облак око атома водоника мали и има много мање електронегативности. Ово представља поларну ковалентну везу у којој се електрони неједнако деле.
   Нису све водоничне везе исте снаге, то зависи од електронегативности атома за који је везан. Када је водоник везан за флуор, веза је врло јака, када је везана за хлор има умерену чврстоћу, а када је везана за други водоник, молекул је неполаран и врло је слаб.
   
3. Дипол-Дипол Диполна сила се јавља када позитивни крај поларног молекула привуче негативни крај другог поларног молекула (ЦХ₃ЦОЦХ₃, пропанон).
   
4. Ван дер Ваалсове снаге Ван дер Ваалсове снаге објашњавају привлачност променљивог дела електрона богатог молекулом на променљиви електронски сиромашни део другог молекула (привремена стања електронегативности, нпр. Он₂).

Већи молекул је поларизибилнији, што је атракција која молекуле држи на окупу. За излазак у гасну фазу потребно им је више енергије, па већи молекул има већу тачку кључања. Упоредите натријум нитрат и рубидијум нитрат у смислу молекуларне тежине и тачке кључања:

10852 Рубидијум нитрат: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Молекули који чине дуге, равне ланце имају јаче привлачности за молекуле око себе јер се могу приближити. Молекул равног ланца попут бутана (Ц.₄Х.₁₀) има малу разлику у електронегативности између угљеника и водоника.

Молекул са двоструко везаним кисеоником, попут бутанона (Ц.₄Х.₈О) је врх у средини где је кисеоник везан за ланац угљеника. Тачка кључања бутана је близу 0 степени Целзијуса, док виша тачка кључања бутанона (79,6 степени Целзијуса) може бити објашњено обликом молекула који ствара привлачну силу између кисеоника на једном молекулу и водоника на суседном молекула.

Следеће функције ће имати ефекат стварања а виша тачка кључања:

• присуство дужег ланца атома у молекулу (поларизибилније)
• функционалне групе које су изложеније (то јест на крају ланца, а не у средини)
• ранг поларитета функционалних група: амид> киселина> алкохол> кетон или алдехид> амин> естер> алкан

1. Упоредите ова три једињења:
   а) Амонијак (НХ₃), б) водоник-пероксид (Х.₂О.₂) и в) вода (Х.₂О)
   НХ₃ је неполаран (слаб)
   Х.₂О.₂ је снажно поларизован водоничним везама (врло јак)
   Х.₂О је поларизован водоничним везама (јака)
   Ове бисте рангирали по редоследу (од најјачих до најслабијих): Х.₂О.₂> Х₂О> НХ₃
   
2. Упоредите ова три једињења:
   а) Литијум хидроксид (ЛиОХ), б) хексан (Ц.₆Х.₁₄) и в) изо-бутан (Ц.₄Х.₁₀)
   ЛиОХ је јонски (врло јак)
   Ц.₆Х.₁₄ је раван ланац (јак)
   Ц.₄Х.₁₀ је разгранат (слаб)
   Ове бисте рангирали по редоследу (најјачи до најслабији): ЛиОХ> Ц.₆Х.₁₄> Ц.₄Х.₁₀
   

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

Обратите пажњу на последње две ставке у горњој табели. Сирћетна киселина и ацетон су молекули засновани на два угљеника. Двоструко везане групе кисеоника и хидроксила (ОХ) у сирћетној киселини чине овај молекул веома поларизованим, узрокујући јачу интермолекуларну привлачност. Ацетон има двоструко везан кисеоник у средини, уместо на крају, што ствара слабије интеракције између молекула.

Ефекат повећања притиска је подизање тачке кључања. Узмите у обзир да је притисак изнад течности притискајући доле на површини, отежавајући молекулима излазак у гасну фазу. Што је већи притисак, потребно је више енергије, па је тачка кључања већа при већим притисцима.

На великим надморским висинама атмосферски притисак је нижи. Ефекат овога је да су тачке кључања ниже на већим надморским висинама. Да би се то показало, на нивоу мора вода ће кључати на 100 ° Ц, али у Ла Пазу у Боливији (кота 11.942 стопе) вода кључа на око 87 ° Ц. Време кувања куване хране треба променити како би се осигурало да је храна потпуно кувана.

Да сумирамо везу између тачке кључања и притиска, дефиниција кључања односи се на притисак паре који је једнак спољном притиска, па има смисла да ће повећање спољног притиска захтевати повећање притиска паре, што се постиже повећањем кинетичког енергије.