נניח שיש לנו שלוש כפיות. בראשון שמנו 5 טיפות מים; בשנייה שמנו 5 טיפות אלכוהול ובשלישית 5 טיפות אצטון. לאחר המתנה של זמן, נראה כי במהירות האצטון ישתנה למצב גזי, ואחריו אלכוהול ורק לאחר זמן רב יתאדו המים.
דוגמה זו מראה לנו שחומרים אינם נכנסים למצב גזי או למצב אדים בו זמנית, וכתוצאה מכך גם נקודות הרתיחה שלהם שונות.
כדי להבין מדוע זה קורה, ראשית עלינו להבין מתי מתרחש מעבר זה מנוזל לגז (או לאדים, במקרה של מים). מולקולות נוזלים במיכל כל הזמן נסערות, מכיוון שיש להן חופש מסוים לנוע. לחץ אטמוספרי מפעיל כוח על מולקולות אלה המונע מהן לעבור למצב הגזי. יתר על כן, המולקולות יוצרות קשרים בין-מולקולריים זו עם זו, מה שמקשה גם על שינוי מצבן הפיזי.
למרות זאת, כאשר מולקולות אלה רוכשות אנרגיה קינטית קבועה, הן מצליחות לשבור את הקשרים הבין מולקולריים ואת האינרציה שלהן, ומשנות למצב הגזי או האדי.
כאשר אנו מעלים את הטמפרטורה של נוזל זה, אנו מספקים אנרגיה למערכת, הגורמת לאלה מולקולות רוכשות מהר יותר את האנרגיה הדרושה לשינוי מצב, מה שקורה כאשר הם מגיעים ל שֶׁלְךָ נקודת רתיחה.
במקרה של הדוגמה שניתנה, נקודות הרתיחה של אצטון, אלכוהול ומים הן בהתאמה 56.2 מעלות צלזיוס, 78.5 מעלות צלזיוס ו 100 מעלות צלזיוס בגובה פני הים. זה מסביר את סדר האידוי שהוזכר עבור נוזלים אלה.
אבל למה ההבדל הזה?
ישנם שני גורמים בסיסיים המצדיקים את ההבדל בנקודות הרתיחה של החומרים, שהם: אינטראקציות בין מולקולריות ומסה טוחנת.
בואו נסתכל על הרשימה הבאה כדי לראות כיצד גורמים אלה משפיעים על נקודת הרתיחה של החומרים:
- אינטראקציות בין מולקולריות:
אם האינטראקציה הבין מולקולרית היא אינטנסיבית, יהיה צורך לספק עוד יותר אנרגיה למערכת כך שהיא תתפרק והמולקולה תוכל לעבור למצב הגזי.
עוצמת האינטראקציות הללו בין מולקולות עוקבת אחר הסדר היורד הבא:
קשרי מימן> דיפול קבוע> דיפול המושרה
לדוגמא, בטבלה אנו רואים שנקודות הרתיחה של בוטן -1-אול וחומצה אתנואית גבוהות מאלה של חומרים אחרים. הסיבה לכך היא שלשני החומרים הללו יש קשרי מימן, שהם אינטראקציות אינטנסיביות יותר מהאחרים.
כמו כן, נקודת הרתיחה של פרופונון גבוהה מזו של פנטן מכיוון שהאינטראקציה של פרופונון היא דיפול קבוע, שהוא אינטנסיבי יותר מהדיפול המושרה, שהוא האינטראקציה שמבצעת ה- פנטן.
אך מדוע נקודת הרתיחה של הפרופונון אינה גבוהה מזו של ההקסאן, מכיוון שהיא מבצעת גם את האינטראקציה הדיפול המושרה?
כאן נכנס הגורם השני שמפריע לנקודת הרתיחה של חומר: המסה הטוחנת.
- מסות טוחנות:
אם מסת המולקולה גדולה, יהיה צורך לספק יותר אנרגיה למערכת כדי שהמולקולה תוכל להתגבר על האינרציה ולעבור למצב הגזי.
לדוגמה, פנטן והקסאן מבצעים את אותה אינטראקציה, שהיא של דיפול המושרה, אך המסה הטוחנת של ההקסאן גדולה יותר. לכן, נקודת הרתיחה של ההקסאן גבוהה מזו של הפנטן.
במקרה של בוטן -1 אול וחומצה אתנואית, שניהם יוצרים קשרי מימן ולבוטן -1 אול יש מסה טוחנת גבוהה יותר. עם זאת, נקודת הרתיחה של חומצה אתנואית גבוהה יותר מכיוון ששתי מולקולות של חומצה אתנואית יכולות ליצור שני קשרים ביניהן. מימן (דרך קבוצות O ו- OH), בעוד ששתי מולקולות של בוטן -1-אול מקימות קשר מימן אחד בלבד זו לזו (דרך קבוצת OH).
מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/comparacao-entre-pontos-ebulicao-das-substancias.htm
