คุณจะทราบได้อย่างไรว่าโมเลกุลมีจุดเดือดสูงกว่าหรือไม่?

ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการจัดลำดับโมเลกุลตามจุดเดือดที่สูงกว่า (โดยไม่ต้องค้นหา) อยู่ในบทความนี้ เริ่มจากพื้นฐานกันก่อน

เมื่อสังเกตหม้อน้ำบนเตา คุณจะรู้ว่าน้ำกำลังเดือดเมื่อคุณเห็นฟองอากาศที่ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำและปรากฏขึ้น

ความแตกต่างระหว่างการระเหยและการเดือดคือ ในกระบวนการระเหยจะเป็นเพียงโมเลกุลของพื้นผิวที่มีพลังงานเพียงพอที่จะหนีออกจากสถานะของเหลวและกลายเป็นก๊าซ เมื่อของเหลวเดือด โมเลกุลที่อยู่ด้านล่างพื้นผิวจะมีพลังงานเพียงพอที่จะหนีออกจากสถานะของเหลวและกลายเป็นก๊าซ

จุดเดือดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิจำเพาะสำหรับแต่ละโมเลกุล นั่นคือเหตุผลที่มักใช้เพื่อระบุสารที่ไม่รู้จักในเคมีเชิงคุณภาพ สาเหตุที่สามารถคาดเดาจุดเดือดได้เพราะถูกควบคุมโดย ความแข็งแรงของพันธะ ยึดอะตอมในโมเลกุลไว้ด้วยกัน และปริมาณพลังงานจลน์ที่จะทำลายพันธะนั้นสามารถวัดได้และค่อนข้างเชื่อถือได้

ทุกโมเลกุลมี จลนศาสตร์ พลังงาน; พวกเขากำลังสั่น เมื่อพลังงานความร้อนถูกนำไปใช้กับของเหลว โมเลกุลจะมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นและสั่นสะเทือนมากขึ้น ถ้าสั่นมากพอก็จะชนกัน แรงก่อกวนของโมเลกุลที่ชนกันทำให้พวกมันสามารถเอาชนะแรงดึงดูดที่พวกมันมีต่อโมเลกุลข้างๆ พวกมันได้

ของเหลวต้องมีสภาพอย่างไรจึงจะเดือด? ของเหลวเดือดเมื่อความดันไอสูงกว่าความดันบรรยากาศ

• กุญแจสำคัญคือการรู้ว่าพันธะใดต้องการพลังงานมากกว่าในการเดือดจึงจะเกิดขึ้น
  ความแข็งแรงของพันธะ จัดอันดับที่แข็งแกร่งที่สุดไปอ่อนแอที่สุด:
  อิออน > H-bond > ไดโพล > van der Waals
  กลุ่มหน้าที่น้อยลง > กลุ่มหน้าที่มากขึ้น (เอไมด์>กรด>แอลกอฮอล์>คีโตนหรืออัลดีไฮด์>เอมีน>เอสเทอร์>อัลเคน)

หากคุณกำลังเปรียบเทียบโมเลกุลเพื่อดูว่าส่วนใดมีจุดเดือดสูงกว่า ให้พิจารณาถึงแรงที่ทำงานภายในโมเลกุล เหล่านี้สามารถจัดกลุ่มเป็นสามปัจจัยต่อไปนี้

โมเลกุลภายในของเหลวถูกดึงดูดเข้าหากัน แรงระหว่างโมเลกุลมีสี่ประเภท และเรียงลำดับจากแรงที่สุดไปหาอ่อนที่สุด

1. พันธะไอออนิก พันธะไอออนิกเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่บริจาคจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง (เช่น NaCl เกลือแกง) ในตัวอย่างของ NaCl โซเดียมไอออนที่มีประจุบวกอยู่ใกล้กับคลอไรด์ไอออนที่มีประจุลบและผลสุทธิคือโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ความเป็นกลางนี้เองที่ทำให้พันธะไอออนิกแข็งแรงมาก และเหตุใดจึงต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการทำลายพันธะนั้นมากกว่าพันธะประเภทอื่น
   
2. พันธะไฮโดรเจน อะตอมของไฮโดรเจนที่ถูกพันธะกับอะตอมอื่นโดยใช้วาเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันจะมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ (เช่น HF, ไฮโดรเจนฟลูออไรด์) เมฆอิเล็กตรอนรอบ ๆ อะตอมฟลูออรีนมีขนาดใหญ่และมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงในขณะที่เมฆอิเล็กตรอนรอบอะตอมไฮโดรเจนมีขนาดเล็กและมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้น้อยกว่ามาก นี่แสดงถึงพันธะโควาเลนต์ที่มีขั้วซึ่งอิเล็กตรอนถูกแบ่งอย่างไม่เท่ากัน
   ไม่ใช่พันธะไฮโดรเจนทั้งหมดที่มีความแข็งแรงเท่ากัน มันขึ้นอยู่กับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะด้วย เมื่อไฮโดรเจนถูกพันธะกับฟลูออรีน พันธะจะแข็งแรงมาก เมื่อถูกพันธะกับคลอรีนจะมีความแข็งแรงปานกลาง และเมื่อถูกพันธะกับไฮโดรเจนอีกตัวหนึ่ง โมเลกุลจะไม่มีขั้วและอ่อนแอมาก
   
3. ไดโพล-ไดโพล แรงไดโพลเกิดขึ้นเมื่อปลายขั้วบวกของโมเลกุลมีขั้วถูกดึงดูดไปยังปลายขั้วลบของโมเลกุลขั้วอื่น (CH₃COCH₃,โพรพาโนน).
   
4. กองกำลัง Van der Waals แรง Van der Waals อธิบายแรงดึงดูดของส่วนที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนเคลื่อนตัวของโมเลกุลหนึ่งตัว one ไปยังส่วนที่ด้อยของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนตัวของโมเลกุลอื่น (สถานะชั่วคราวของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ เช่น เขา₂).

โมเลกุลที่ใหญ่กว่าจะมีขั้วมากกว่า ซึ่งเป็นแรงดึงดูดที่ทำให้โมเลกุลอยู่ด้วยกัน พวกเขาต้องการพลังงานมากขึ้นเพื่อหนีไปสู่สถานะก๊าซ ดังนั้นโมเลกุลที่ใหญ่กว่าจะมีจุดเดือดที่สูงกว่า เปรียบเทียบโซเดียมไนเตรตและรูบิเดียมไนเตรตในแง่ของน้ำหนักโมเลกุลและจุดเดือด:

10852 รูบิเดียมไนเตรต: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

โมเลกุลที่ก่อตัวเป็นสายโซ่ตรงยาวจะมีแรงดึงดูดที่แรงกว่าต่อโมเลกุลที่อยู่รอบๆ พวกมัน เพราะพวกมันสามารถเข้าใกล้ได้ โมเลกุลสายตรง เช่น บิวเทน (C₄โฮ₁₀) มีความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เล็กน้อยระหว่างคาร์บอนและไฮโดรเจน

โมเลกุลที่มีออกซิเจนสองพันธะ เช่น บิวทาโนน (C₄โฮ₈O) อยู่ที่จุดสูงสุดตรงกลางซึ่งออกซิเจนถูกผูกมัดกับสายโซ่คาร์บอน จุดเดือดของบิวเทนใกล้เคียงกับ 0 องศาเซลเซียส ในขณะที่จุดเดือดของบิวทาโนนสูงขึ้น (79.6 องศาเซลเซียส) สามารถ อธิบายโดยรูปร่างของโมเลกุลซึ่งสร้างแรงดึงดูดระหว่างออกซิเจนกับโมเลกุลหนึ่งกับไฮโดรเจนที่อยู่ใกล้เคียง โมเลกุล

คุณสมบัติต่อไปนี้จะมีผลในการสร้าง a จุดเดือดที่สูงขึ้น:

• การปรากฏตัวของอะตอมในโมเลกุลที่ยาวขึ้น (โพลาไรซ์มากขึ้น)
• กลุ่มหน้าที่เปิดเผยมากกว่า (นั่นคือ ที่ส่วนท้ายของห่วงโซ่ แทนที่จะเป็นตรงกลาง)
• การจัดอันดับขั้วของกลุ่มฟังก์ชัน: เอไมด์>กรด>แอลกอฮอล์>คีโตนหรืออัลดีไฮด์>เอมีน>เอสเตอร์>อัลเคน

1. เปรียบเทียบสารประกอบทั้งสามนี้:
   ก) แอมโมเนีย (NH₃), b) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂อู๋₂) และ c) น้ำ (H₂อ)
   NH₃ ไม่มีขั้ว (อ่อน)
   โฮ₂อู๋₂ ถูกโพลาไรซ์อย่างแรงด้วยพันธะไฮโดรเจน (แรงมาก)
   โฮ₂O ถูกโพลาไรซ์โดยพันธะไฮโดรเจน (แรง)
   คุณจะจัดอันดับสิ่งเหล่านี้ตามลำดับ (มากไปหาน้อย): H₂อู๋₂>ฮ₂O>NH₃
   
2. เปรียบเทียบสารประกอบทั้งสามนี้:
   ก) ลิเธียมไฮดรอกไซด์ (LiOH), ข) เฮกเซน (C₆โฮ₁₄) และ c) ไอโซบิวเทน (C₄โฮ₁₀)
   LiOH เป็นไอออนิก (แรงมาก)
   ค₆โฮ₁₄ เป็นโซ่ตรง (แข็งแรง)
   ค₄โฮ₁₀ แตกแขนง (อ่อน)
   คุณจะจัดอันดับสิ่งเหล่านี้ตามลำดับ (มากไปหาน้อย): LiOH>C₆โฮ₁₄>ค₄โฮ₁₀
   

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

สังเกตสองรายการสุดท้ายในตารางด้านบน กรดอะซิติกและอะซิโตนเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอนสองตัว กลุ่มออกซิเจนและไฮดรอกซิล (OH) สองพันธะในกรดอะซิติกทำให้โมเลกุลนี้มีขั้วมาก ทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่แรงขึ้น อะซิโตนมีออกซิเจนสองพันธะอยู่ตรงกลาง แทนที่จะเป็นตอนท้าย ซึ่งสร้างปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่างโมเลกุล

ผลของการเพิ่มแรงดันคือการเพิ่มจุดเดือด พิจารณาว่าความดันเหนือของเหลวคือ กดลง บนพื้นผิวทำให้ยากที่โมเลกุลจะหลบหนีเข้าสู่เฟสของแก๊ส ยิ่งแรงดันมากเท่าไรก็ยิ่งต้องการพลังงานมากเท่านั้น ดังนั้นจุดเดือดจะสูงขึ้นที่แรงดันที่สูงขึ้น

บนที่สูง ความกดอากาศจะลดลง ผลที่ได้คือจุดเดือดจะต่ำกว่าที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ ที่ระดับน้ำทะเล น้ำจะเดือดที่ 100 °C แต่ในลาปาซ ประเทศโบลิเวีย (ระดับความสูง 11,942 ฟุต) น้ำจะเดือดที่ประมาณ 87°C จำเป็นต้องเปลี่ยนเวลาทำอาหารต้มเพื่อให้แน่ใจว่าอาหารสุกเต็มที่

สรุปความสัมพันธ์ระหว่างจุดเดือดและความดัน นิยามของการเดือดสัมพันธ์กับความดันไอเท่ากับภายนอก ความดัน ดังนั้นจึงทำให้รู้สึกว่าความดันภายนอกที่เพิ่มขึ้นจะต้องเพิ่มความดันไอ ซึ่งทำได้โดยการเพิ่มขึ้นของจลนศาสตร์ พลังงาน.