Як можна визначити, чи є у молекули вища точка кипіння?

Все, що вам потрібно знати про те, як класифікувати молекули відповідно до того, яка з них має вищу температуру кипіння (не дивлячись на це), знаходиться в цій статті. Почнемо з деяких основ.

Спостерігаючи за горщиком з водою на плиті, ви знаєте, що вода кипить, коли бачите бульбашки, які піднімаються на поверхню і спливають.

Різниця між випаровуванням і кипінням полягає в тому, що в процесі випаровування лише поверхневі молекули мають достатньо енергії, щоб вийти з рідкої фази і стати газом. Коли рідина закипає, навпаки, молекули під поверхнею мають достатньо енергії, щоб вийти з рідкої фази і стати газом.

Температура кипіння відбувається при дуже конкретній температурі для кожної молекули. Ось чому його часто використовують для ідентифікації невідомої речовини в якісній хімії. Причина того, що температура кипіння передбачувана, полягає в тому, що вона контролюється міцність зв'язків утримуючи атоми в молекулі разом, і кількість кінетичної енергії для розриву цих зв’язків є вимірюваною і відносно надійною.

Всі молекули мають кінетичний енергія; вони вібрують. Коли теплова енергія подається на рідину, молекули збільшують кінетичну енергію, і вони вібрують більше. Якщо вони досить вібрують, вони натрапляють один на одного. Руйнівна сила молекул, що врізаються одна в одну, дозволяє їм подолати привабливість, яку вони мають для молекул поруч із собою.

Яка умова повинна існувати, щоб рідина закипіла? Рідина закипає, коли тиск пари над нею дорівнює атмосферному.

• Головне - знати, для яких зв’язків потрібно більше енергії, щоб відбулося кипіння.
  Міцність зв’язку рейтинг найсильніший до найслабшого:
  Іонний> Н-зв'язок> Диполь> ван дер Ваальс
  Менше функціональних груп> Більш функціональні групи (амід> кислота> алкоголь> кетон або альдегід> амін> ефір> алкан)

Якщо ви порівнюєте молекули, щоб визначити, яка має вищу температуру кипіння, враховуйте сили, що діють у молекулі. Їх можна згрупувати за наступними трьома факторами.

Молекули всередині рідини притягуються одна до одної. Існує чотири типи міжмолекулярних сил, і вони перераховані нижче в порядку від найсильнішого до найслабшого.

1. Іонний зв’язок Іонний зв’язок передбачає віддачу електрона від одного атома до іншого (наприклад, NaCl, кухонна сіль). У прикладі NaCl позитивно заряджений іон натрію утримується в безпосередній близькості від негативно зарядженого хлоридного іона, а сумарний ефект - це молекула, яка є електрично нейтральною. Саме ця нейтральність робить іонний зв’язок настільки міцним, і чому для його розриву знадобиться більше енергії, ніж зв’язок іншого типу.
   
2. Водневий зв’язок Атом Гідрогену, який пов'язаний з іншим атомом шляхом спільного використання його валентного електрона, має низьку електронегативність (наприклад, HF, фтористий водень). Електронна хмара навколо атома фтору велика і має високу електронегативність, тоді як електронна хмара навколо атома водню мала і має набагато меншу електронегативність. Це являє собою полярний ковалентний зв’язок, в якому електрони розподіляються нерівномірно.
   Не всі водневі зв’язки мають однакову міцність, це залежить від електронегативності атома, з яким він зв’язаний. Коли водень зв’язаний з фтором, зв’язок дуже міцний, коли зв’язаний з хлором, він має помірну міцність, а коли зв’язаний з іншим воднем, молекула неполярна і дуже слабка.
   
3. Диполь-Диполь Дипольна сила виникає, коли позитивний кінець полярної молекули притягується до негативного кінця іншої полярної молекули (СН₃КОШ₃, пропанон).
   
4. Сили Ван дер Ваальса На сили Ван дер Ваальса притягується мінлива багата електронами частина однієї молекули до зсувної електронно-бідної частини іншої молекули (тимчасові стани електронегативності, напр. Він₂).

Більша молекула більш поляризується, що є атракціоном, який утримує молекули разом. Їм потрібно більше енергії, щоб вийти в газову фазу, тому більша молекула має вищу температуру кипіння. Порівняйте нітрат натрію та нітрат рубідію за молекулярною масою та температурою кипіння:

10852 Рубідій нітрат: https://www.alfa.com/en/catalog/010852/

Молекули, які утворюють довгі прямі ланцюги, мають сильніші притягання до молекул навколо, оскільки вони можуть зблизитися. Молекула з прямим ланцюгом, як бутан (C₄H₁₀) має невелику різницю в електронегативності між вуглецем і воднем.

Молекула з подвійним зв’язаним киснем, як бутанон (C₄H₈O) досягає максимуму в середині, де кисень зв’язаний з вуглецевим ланцюгом. Температура кипіння бутану близька до 0 градусів Цельсія, тоді як вища температура кипіння бутанону (79,6 градусів Цельсія) може бути пояснюється формою молекули, яка створює привабливу силу між киснем на одній молекулі та воднем на сусідній молекула.

Наступні функції матимуть ефект створення a вища температура кипіння:

• наявність довшого ланцюга атомів у молекулі (більш поляризується)
• функціональні групи, які є більш відкритими (тобто в кінці ланцюжка, а не в середині)
• рейтинг полярності функціональних груп: амід> кислота> алкоголь> кетон або альдегід> амін> ефір> алкан

1. Порівняйте ці три сполуки:
   а) Аміак (NH₃), б) перекис водню (H₂О₂) і в) вода (H₂O)
   NH₃ неполярний (слабкий)
   H₂О₂ сильно поляризований водневими зв’язками (дуже сильний)
   H₂O поляризований водневими зв'язками (сильний)
   Ви б класифікували їх за порядком (від найсильнішого до найслабшого): H₂О₂> Н₂O> NH₃
   
2. Порівняйте ці три сполуки:
   а) Гідроксид літію (LiOH), б) гексан (С₆H₁₄) і в) ізобутан (C₄H₁₀)
   LiOH є іонним (дуже сильним)
   C.₆H₁₄ це прямий ланцюг (міцний)
   C.₄H₁₀ розгалужений (слабкий)
   Ви б класифікували їх за порядком (від найсильнішого до найслабшого): LiOH> C₆H₁₄> С₄H₁₀
   

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

Зверніть увагу на два останні пункти у таблиці вище. Оцтова кислота та ацетон - це молекули на основі двох вуглеводнів. Подвійно зв’язана група кисню та гідроксилу (ОН) в оцтовій кислоті робить цю молекулу дуже поляризованою, викликаючи сильніше міжмолекулярне притягання. Ацетон має подвійний зв’язок кисню в середині, а не в кінці, що створює слабкіші взаємодії між молекулами.

Ефектом підвищення тиску є підвищення температури кипіння. Вважайте, що тиск над рідиною становить натискаючи вниз на поверхні, ускладнюючи вихід молекул у газову фазу. Чим більше тиск, тим більше енергії потрібно, тому температура кипіння вища при вищих тисках.

На великих висотах атмосферний тиск нижчий. Наслідком цього є те, що точки кипіння нижчі на більших висотах. Для демонстрації цього на рівні моря вода буде кипіти при 100 ° C, але в Ла-Пасі, Болівія (висота 11 942 футів), вода кипить приблизно при 87 ° C. Час приготування вареної їжі потрібно змінити, щоб переконатися, що їжа повністю готується.

Щоб підсумувати залежність між температурою кипіння і тиском, визначення кипіння стосується тиску пари, рівного зовнішньому тиску, тому має сенс, що збільшення зовнішнього тиску вимагатиме збільшення тиску пари, що досягається збільшенням кінетичного енергія.