Можливо, ви помітили, що різні речовини мають дуже різну температуру кипіння. Наприклад, етанол кипить при нижчій температурі, ніж вода. Пропан - це вуглеводень і газ, тоді як бензин, суміш вуглеводнів, є рідиною з однаковою температурою. Ви можете раціоналізувати або пояснити ці відмінності, думаючи про структуру кожної молекули. У процесі ви отримаєте кілька нових уявлень про повсякденну хімію.
Подумайте, що утримує молекули у твердій або рідині. Всі вони мають енергію - у твердому тілі вони вібрують або коливаються, а в рідині вони рухаються навколо один одного. То чому вони просто не розлітаються, як молекули в газі? Це не тільки тому, що вони відчувають тиск навколишнього повітря. Очевидно, що міжмолекулярні сили утримують їх разом.
Пам’ятайте, що коли молекули в рідині звільняються від сил, що утримують їх, і виходять, вони утворюють газ. Але ви також знаєте, що подолання цих міжмолекулярних сил вимагає енергії. Отже, чим більше молекул кінетичної енергії в цій рідині - тим вища температура, іншими словами - тим більше їх може вийти і швидше рідина випарується.
Продовжуючи підвищувати температуру, з часом ви досягнете точки, коли під поверхнею рідини починають утворюватися бульбашки пари; іншими словами, починає кипіти. Чим сильніші міжмолекулярні сили в рідині, тим більше тепла потрібно і тим вище температура кипіння.
Пам’ятайте, що всі молекули відчувають слабке міжмолекулярне притягання, яке називається дисперсійною силою Лондона. Більші молекули відчувають сильніші дисперсійні сили Лондона, а молекули у формі стрижня - сильніші дисперсійні сили Лондона, ніж сферичні молекули. Наприклад, пропан (C3H8) - це газ кімнатної температури, тоді як гексан (C6H14) - рідина - обидва є з вуглецю та водню, але гексан є більшою молекулою і відчуває сильнішу лондонську дисперсію сили.
Пам’ятайте, що деякі молекули є полярними, тобто вони мають частково негативний заряд в одній області, а частковий позитивний - в іншій. Ці молекули слабо притягуються одна до одної, і цей вид привабливості трохи сильніший, ніж дисперсійна сила Лондона. Якщо все інше залишається рівним, більш полярна молекула матиме вищу температуру кипіння, ніж більш неполярна. наприклад, о-дихлорбензол є полярним, тоді як п-дихлорбензол, який має однакову кількість атомів хлору, вуглецю та водню, є неполярним. Отже, о-дихлорбензол має температуру кипіння 180 градусів Цельсія, тоді як п-дихлорбензол кипить при 174 градусах Цельсія.
Пам’ятайте, що молекули, в яких водень приєднаний до азоту, фтору чи кисню, можуть утворювати взаємодії, які називаються водневими зв’язками. Водневі зв’язки набагато сильніші, ніж дисперсійні сили Лондона або тяжіння між полярними молекулами; там, де вони присутні, вони домінують і значно підвищують температуру кипіння.
Візьмемо для прикладу воду. Вода - це дуже мала молекула, тому її лондонські сили слабкі. Оскільки кожна молекула води може утворювати два водневі зв’язки, проте вода має відносно високу температуру кипіння в 100 градусів Цельсія. Етанол є більшою молекулою, ніж вода, і має сильніші дисперсійні сили Лондона; оскільки він має лише один атом водню, доступний для водневого зв’язку, однак він утворює менше водневих зв’язків. Більших лондонських сил недостатньо, щоб компенсувати різницю, і етанол має нижчу температуру кипіння, ніж вода.
Нагадаємо, що іон має позитивний або негативний заряд, тому його приваблюють іони з протилежним зарядом. Притягання між двома іонами з протилежними зарядами дуже сильне - насправді набагато сильніше, ніж водневий зв'язок. Саме ці іонно-іонні атракціони утримують кристали солі разом. Напевно, ви ніколи не пробували кип’ятити солону воду, що добре, адже сіль кипить при температурі понад 1400 градусів Цельсія.
Розташуйте міжіонні та міжмолекулярні сили в порядку сили, як показано нижче:
Іон-іон (притягання між іонами) Водневий зв'язок Іон-диполь (іон, що притягується до полярної молекули) Диполь-диполь (дві полярні молекули, що притягуються одна до одної) Лондонська дисперсійна сила
Зверніть увагу, що сила сил між молекулами в рідині або твердому тілі є сумою різних взаємодій, які вони відчувають.