نقاط الغليان

يتم تثبيت السوائل معا عن طريق التفاعلات الضعيفة بين جزيئاتها. للانتقال إلى الطور الغازي ، يجب أن يكتسب الجزيء طاقة كافية من الحرارة أو مصادر أخرى للتغلب على هذه التفاعلات.

دعونا نفكر في حاوية مغلقة من سائل نقي في درجة حرارة الغرفة. تكتسب بعض جزيئات الطور السائل على السطح طاقة كافية للتبخر ، وبعض هذا البخار يفقد الطاقة ويتكثف مرة أخرى إلى سائل. عندما تكون معدلات التبخر والتكثيف متماثلة ، يصل السائل والبخار إلى التوازن. في هذه المرحلة ، تكون المساحة الموجودة فوق السائل مشبعة بالبخار ، ولا يوجد تغيير صاف في كمية السائل والبخار في الحاوية. يسمى الضغط الذي يمارسه البخار بضغط البخار.

الآن ، ضع في اعتبارك حاوية مفتوحة من السائل. هنا يمكن للبخار الهروب ، مما يحافظ على المنطقة الموجودة فوق السائل من التشبع. وبالتالي ، يمكن أن يستمر التبخر حتى لا يتبقى سائل. مع زيادة درجة حرارة السائل ، يزداد معدل التبخر ، وبالتالي يزداد ضغط البخار. إذا تمت إضافة حرارة كافية ، تبدأ الجزيئات العميقة في السائل في التبخر ، والتي نراها على شكل فقاعات بخار تتشكل.

وهذا ما يسمى الغليان ، ويبدأ عندما يكون ضغط بخار المركب مساويا للضغط الجوي. درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا هي نقطة الغليان. نظرا لأن كل مادة نقية لها أنواع وقوة مختلفة من التفاعلات بين الجزيئات ، فإن المواد المختلفة لها نقاط غليان مختلفة.

الآن ، دعونا نلقي نظرة على كيفية تأثير التفاعلات بين الجزيئات على درجة الغليان. تتضمن العديد من التفاعلات بين الجزيئات مناطق ذات كثافة إلكترون غير متساوية تسمى ثنائيات الأقطاب. جميع الجزيئات لها تقلبات قصيرة في توزيع الإلكترون ، لذلك حتى الجزيئات غير القطبية يمكن أن تحتوي مؤقتا على ثنائيات الأقطاب. ردا على ذلك ، تتشكل ثنائيات الأقطاب المتعارضة في الجزيئات القريبة.

تسمى قوى الجذب بين ثنائيات الأقطاب المؤقتة والمستحثة قوى تشتت لندن ، وهي التفاعلات السائدة بين الجزيئات غير القطبية مثل الهيدروكربونات. تكون قوى تشتت لندن أقوى بين الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على العديد من الإلكترونات لأن هذه الجزيئات تحتفظ بإلكتروناتها بشكل ضعيف ، مما يسهل على الجزيئات المجاورة التأثير على توزيع الإلكترونات.

على سبيل المثال ، يحتوي الألكان غير المتفرع ذو الوزن الجزيئي العالي على نقطة غليان أعلى من الألكان غير المتفرع ذو الوزن الجزيئي المنخفض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألكان غير المتفرع له نقطة غليان أعلى من الألكان المتفرع بوزن جزيئي مماثل بسبب مساحة سطحه الأعلى.

تحتوي الجزيئات ذات الروابط القطبية على ثنائيات أقطاب دائمة ، مما يتيح تفاعلات ثنائية القطب وثنائية القطب بينها. التفاعلات ثنائية القطب وثنائية القطب أقوى من قوى تشتت لندن ، لذلك عادة ما يتطلب الأمر طاقة حرارية أكثر لغلي السوائل القطبية أكثر من السوائل غير القطبية. على سبيل المثال ، درجة غليان الكلوروبنتان ، وهو جزيء قطبي ، هي 108 درجة مئوية.

الجزيئات التي تحتوي على كل من الهيدروجين المرتبط تساهميا بذرة أكثر كهرسلبية وذرة سحب الإلكترون مع زوج وحيد من الإلكترونات قادرة على الترابط الهيدروجيني. الروابط الهيدروجينية أقوى من التفاعلات ثنائية القطب ثنائية القطب وقوى تشتت لندن ، لذلك يتطلب الأمر المزيد من الطاقة الحرارية للتغلب عليها. على سبيل المثال ، البروبان والإيثانول لهما أوزان جزيئية ومساحات سطحية متشابهة. لكن درجة غليان البروبان أقل بكثير من الإيثانول لأن جزيئات الإيثانول يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية مع بعضها البعض ، بينما لا يستطيع البروبان ذلك.

في هذا المختبر ، ستستخدم الطريقة الشعرية لتحديد درجة غليان مذيبين عضويين.