نقطة انصهار المادة هي درجة الحرارة التي تبدأ عندها هذه المادة في التغير من الطور الصلب إلى الطور السائل. عند درجة الحرارة هذه ، تكون المرحلتان السائلة والصلبة في حالة توازن. مع الحرارة الإضافية ، سوف تذوب المادة تماما. لكن ما الذي يحدد نقطة انصهار المادة؟ دعونا نفكر في المواد الصلبة والسوائل. تثبت جزيئات المادة الصلبة بعضها البعض في بنية صلبة ومرتبة تسمى الشبكة ، بينما تحتوي جزيئات السائل على تفاعلات أضعف وتتحرك.
تسخين مادة صلبة ينقل الطاقة إلى الجزيئات. مع وجود طاقة كافية ، تتغلب الجزيئات على القوى التي تبقيها في الشبكة وتبدأ في التحرك. بمعنى آخر ، إذا قمنا بتسخين مادة صلبة بدرجة كافية ، فإنها تذوب في سائل. لذلك ، تعتمد نقطة الانصهار على الطاقة اللازمة للتغلب على القوى بين الجزيئات ، أو القوى بين الجزيئات ، التي تحتفظ بها في الشبكة. كلما كانت القوى بين الجزيئات أقوى ، زادت الطاقة المطلوبة ، لذلك زادت نقطة الانصهار.
تعتمد العديد من القوى بين الجزيئات على مدى قوة جذب الذرات في الجزيء للإلكترونات - أو سلبيتها الكهربية. النيتروجين والأكسجين والفلور والكلور كهربية للغاية ، في حين أن الكربون والهيدروجين والكبريت كهربية بشكل معتدل فقط. الروابط بين الذرات ذات السلبيات الكهربائية المختلفة بشكل كبير قطبية. على سبيل المثال ، الرابطة النموذجية بين الكربون والأكسجين قطبية ، لكن الرابطة النموذجية بين الكربون والهيدروجين ليست كذلك.
تقضي إلكترونات الجزيء وقتا أطول حول ذراتها الأكثر كهربية ، مما يمنحها شحنة سالبة طفيفة على هذا الجانب وشحنة موجبة طفيفة على الجانب الآخر. وهذا ما يسمى ثنائي القطب. إذا لم يتم إلغاء ثنائي القطب بواسطة ثنائي القطب متساو ومعاكس في نفس الجزيء، فإن الجزيء له ثنائي القطب دائم ويكون قطبي.
الآن ، دعونا نناقش ثلاث قوى مهمة بين الجزيئات: الرابطة الهيدروجينية ، والتفاعلات ثنائية القطب ثنائية القطب ، وقوى تشتت لندن. تحدث الرابطة الهيدروجينية بين ذرة سحب الإلكترون مع زوج وحيد من الإلكترونات والهيدروجين المرتبط بذرة أكثر كهربية. تعد الروابط الهيدروجينية من أقوى القوى بين الجزيئات.
تحدث التفاعلات ثنائية القطب بين الجزيئات القطبية. في تفاعل ثنائي القطب الجذاب ، يتماشى الجانب السالب لثنائي القطب مع الجانب الموجب لثنائي القطب الآخر. تكون التفاعلات ثنائية القطب ثنائية القطب أضعف بشكل عام من الروابط الهيدروجينية.
تأتي قوى تشتت لندن من تحولات قصيرة وعشوائية في توزيع الإلكترون للجزيء ، مما يتسبب في حدوث تحولات مقابلة في الجزيئات القريبة. تحدث هذه التحولات العشوائية في كل جزيء ، لذا فهذه واحدة من التفاعلات القليلة المتاحة للجزيئات غير القطبية. تعد قوى تشتت لندن من بين أضعف القوى بين الجزيئات.
في وقت سابق ، توقعنا أن القوى الأقوى بين الجزيئات تتوافق مع نقاط انصهار أعلى. يمكننا أن نرى هذا في العمل مع سداسي ديكان ، 2-هيكساديكانون ، وحمض الهيكساديكانويك. مع زيادة قوة التفاعلات بين الجزيئات المتاحة لكل جزيء ، تزداد درجة الانصهار.
القوى بين الجزيئات ليست العامل الوحيد الذي يحدد درجة انصهار المادة. يؤثر نقاوته بشكل كبير على نقاط الانصهار والتجمد في تأثير يسمى "اكتئاب نقطة التجمد". يعني هذا التأثير أن المحلول يحتوي على نقطة تجمد أقل من المذيب النقي. لهذا السبب يتم رش الشوارع بالملح عندما يصبح الجو باردا جدا. إذا تجمع أي ماء في الشارع ، يذوب الملح بسرعة لعمل محلول بنقطة تجمد أقل بكثير من الماء النقي.
في المواد الصلبة ، يتم دمج الشوائب في الهيكل الشبكي. غالبا ما تحتوي هذه المناطق على تفاعلات بين الجزيئات أضعف ، مما يجعل أجزاء من الهيكل أسهل في التعطل. لذلك ، بالمقارنة مع المواد الصلبة النقية ، يبدأ الذوبان عند درجة حرارة منخفضة ويحدث على نطاق درجة حرارة أوسع.
في هذا المختبر ، ستقيس نقاط انصهار مركبين عضويين معروفين ثم تحلل خليطا لاستكشاف كيفية تأثير الشوائب على نطاق نقطة الانصهار.
At the end of this lab, students should know...
تقاس درجة انصهار المركب كنطاق من درجات الحرارة حيث تنتقل الطور الصلب إلى الطور السائل. الحد الأعلى للنطاق هو درجة الحرارة التي لوحظ فيها انخفاض السائل الأول ، والحد الأدنى للنطاق هو درجة الحرارة التي تحولت فيها المرحلة الصلبة بالكامل إلى سائل.
نقطة الانصهار هي خاصية فيزيائية فريدة من نوعها للمركب. في الكيمياء العضوية ، يمكن أن تساعد نقطة الانصهار في تحديد المركب...
2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.