녹는 점

물질의 융점은 해당 물질이 고체상에서 액체상으로 변화하기 시작하는 온도입니다. 이 온도에서 액체상과 고상은 평형 상태에 있습니다. 추가 열로 물질이 완전히 녹습니다. 그러나 물질의 녹는점을 결정하는 것은 무엇입니까? 고체와 액체에 대해 생각해 봅시다. 고체의 분자는 격자라고 하는 단단하고 질서 정연한 구조로 서로를 유지하는 반면, 액체의 분자는 상호 작용이 약하고 이리저리 움직입니다.

고체를 가열하면 에너지가 분자로 전달됩니다. 충분한 에너지가 있으면 분자는 격자에 유지되는 힘을 극복하고 움직이기 시작합니다. 즉, 고체를 충분히 가열하면 액체로 녹습니다. 따라서 녹는점은 분자 사이의 힘 또는 분자를 격자에 유지하는 분자 간 힘을 극복하는 데 필요한 에너지에 따라 달라집니다. 분자간 힘이 강할수록 더 많은 에너지가 필요하므로 녹는점이 높아집니다.

많은 분자간 힘은 분자의 원자가 전자를 얼마나 강하게 끌어당기는지, 또는 전기 음성도에 따라 달라집니다. 질소, 산소, 불소 및 염소는 전기 음성도가 높은 반면 탄소, 수소 및 황은 중간 정도의 전기 음성입니다. 전기 음성도가 크게 다른 원자 사이의 결합은 극성입니다. 예를 들어, 일반적인 탄소-산소 결합은 극성이지만 일반적인 탄소-수소 결합은 극성이 아닙니다.

분자의 전자는 가장 전기음성도가 높은 원자 주위에서 더 많은 시간을 보내며, 그쪽에는 약간의 음전하를 띠고 다른 쪽에는 약간의 양전하를 띱니다. 이를 쌍극자라고 합니다. 쌍극자가 동일한 분자에서 동일하고 반대되는 쌍극자에 의해 상쇄되지 않으면 분자는 영구 쌍극자를 가지며 극성입니다.

이제 세 가지 중요한 분자간 힘, 즉 수소 결합, 쌍극자-쌍극자 상호 작용 및 런던 분산력에 대해 논의해 보겠습니다. 수소 결합은 고독한 전자 쌍을 가진 전자 인출 원자와 전기 음성도가 더 높은 원자에 결합된 수소 사이에서 발생합니다. 수소 결합은 가장 강력한 분자간 힘 중 하나입니다.

쌍극자-쌍극자 상호 작용은 극성 분자 사이에서 발생합니다. 매력적인 쌍극자-쌍극자 상호 작용에서 한 쌍극자의 음의 면은 다른 쌍극자의 양의 면과 정렬됩니다. 쌍극자-쌍극자 상호 작용은 일반적으로 수소 결합보다 약합니다.

런던 분산력은 분자의 전자 분포에서 짧고 무작위적인 변화에서 발생하며, 이는 주변 분자에서 해당 이동을 일으킵니다. 이러한 무작위 이동은 모든 분자에서 발생하므로 이것은 비극성 분자가 사용할 수 있는 몇 안 되는 상호 작용 중 하나입니다. 런던 분산력은 가장 약한 분자간 힘 중 하나입니다.

앞서 우리는 더 강한 분자간 힘이 더 높은 융점에 해당한다고 예측했습니다. 헥사데칸(hexadecane), 2-헥사데칸논(2-hexadecanone) 및 헥사데칸산(hexadecanoic acid)에서 이러한 효과를 볼 수 있습니다. 각 분자에 사용할 수 있는 분자간 상호 작용의 강도가 증가함에 따라 융점도 증가합니다.

분자간 힘이 물질의 녹는점을 결정하는 유일한 요소는 아닙니다. 그것의 순도는 '빙점 함몰'이라는 효과로 녹는 점과 어는점에 큰 영향을 미칩니다. 이 효과는 용액이 순수 용매보다 어는점이 낮다는 것을 의미합니다. 그래서 날씨가 몹시 추워지면 거리에 소금을 뿌립니다. 거리에 물이 모이면 소금이 빠르게 용해되어 순수한 물보다 어는점이 훨씬 낮은 용액을 만듭니다.

고체에서는 불순물이 격자 구조에 통합됩니다. 이러한 영역은 종종 분자간 상호 작용이 약하여 구조의 일부를 더 쉽게 파괴할 수 있습니다. 따라서 순수한 고체와 비교하여 용융은 더 낮은 온도에서 시작되고 더 넓은 온도 범위에서 발생합니다.

이 실험실에서는 알려진 두 가지 유기 화합물의 융점을 측정한 다음 혼합물을 분석하여 불순물이 융점 범위에 어떤 영향을 미치는지 살펴봅니다.