Temperatury topnienia

Temperatury topnienia w chemii organicznej

Temperatura topnienia związku to temperatura, w której faza stała przechodzi w fazę ciekłą pod standardowym ciśnieniem 1 atmosfery. Temperatura topnienia związku to właściwość fizyczna, taka jak rozpuszczalność, gęstość, kolor i elektroujemność, którą można wykorzystać do identyfikacji związku. Określenie dokładnej temperatury, w której związek zaczyna się topić, jest trudnym zadaniem; Z tego powodu temperatura topnienia związków jest podawana jako zakres. Dolną granicą zakresu temperatur topnienia jest temperatura, w której obserwuje się pierwsze krople cieczy. Górną granicą zakresu jest temperatura, w której cała faza stała przeszła w fazę ciekłą. W literaturze istnieją przewodniki referencyjne z przyjętymi wartościami, które są używane do identyfikacji związków.

Wpływ sił międzycząsteczkowych na temperatury topnienia

Jednym z głównych czynników wpływających na temperaturę topnienia związku jest rodzaj sił międzycząsteczkowych, które istnieją w związku. Siły międzycząsteczkowe są przyciągające lub odpychające między cząsteczkami związku. W fazie stałej cząsteczki związku utworzą zorganizowaną strukturę sieciową, ponieważ cząsteczki są upakowane blisko siebie. Istnieją trzy główne typy sił międzycząsteczkowych:

1. Wiązanie wodorowe - Wiązanie wodorowe to rodzaj siły międzycząsteczkowej, która powstaje w wyniku sił przyciągania między elektroujemnym tlenem a atomem wodoru. Dlatego, aby ten rodzaj siły międzycząsteczkowej był obecny, związek musi zawierać tlen i wodór. Dlatego związki zawierające grupy hydroksylowe, takie jak alkohole, łatwo tworzą wiązania wodorowe. W grupie hydroksylowej dipol powstaje, gdy bardziej elektroujemny tlen przyciąga do siebie gęstość elektronów, dzięki czemu tlen ma częściowy ładunek ujemny. Pozostawia to również wodór z częściowym ładunkiem dodatnim. Pobliskie tleny elektroujemne są przyciągane do częściowego ładunku dodatniego, tworząc wiązanie wodorowe. Spośród trzech rodzajów sił międzycząsteczkowych wiązania wodorowe są najsilniejsze.
2. Interakcje dipol-dipol - Drugi najsilniejszy rodzaj siły międzycząsteczkowej, oddziaływania dipol-dipol powstają w cząsteczkach zawierających atomy elektroujemne, takie jak tlen, azot i wszelkie halogenki, takie jak chlor i fluor. Na przykład cząsteczka węglowodoru zawierająca fluor utworzy oddziaływania dipol-dipol. Jak? Elektroujemny atom fluoru przyciągnie do siebie gęstość elektronów, dzięki czemu będzie miał częściowy ładunek ujemny. Atom łączący, węgiel, traci część tej gęstości elektronów, a tym samym zyskuje częściowy ładunek ujemny. W ten sposób powstaje tymczasowy dipol przy wiązaniu fluor-węgiel. Gdy przyciągają się przeciwne ładunki, częściowo ujemny fluor jest przyciągany do częściowo dodatniego węgla innej sąsiedniej cząsteczki, tworząc oddziaływanie dipol-dipol.
3. Londyńskie siły dyspersyjne - Ten rodzaj interakcji jest formą sił van der Waalsa i występuje we wszystkich związkach. Londyńskie siły dyspersyjne są najsłabszym rodzajem oddziaływań międzycząsteczkowych. Podobnie jak w przypadku oddziaływań dipol-dipol, zachodzi redystrybucja gęstości elektronów wokół cząsteczki, powodująca powstawanie tymczasowych ładunków. W przeciwieństwie do oddziaływań dipol-dipol, siły dyspersji powstające w Londynie są bardzo słabe i minimalne. Na przykład związki niepolarne, takie jak metan, etan, pentan i oktan, oddziałują poprzez siły dyspersji londyńskiej. Pole powierzchni i długość cząsteczki określa siłę sił przyciągania, tak że związki o większej powierzchni mają większe siły dyspersji londyńskiej niż mniejsze związki. W związku z tym oktan miałby silniejsze londyńskie siły dyspersyjne niż metan.

Każdy rodzaj siły międzycząsteczkowej ma inną siłę przyciągania. Dlatego związki zawierające wiązania wodorowe wymagają więcej energii, aby przerwać przyciąganie między cząsteczkami niż związek niepolarny, który ma tylko siły dyspersji Londona. Zatem obecność wiązań wodorowych zwiększa temperaturę topnienia związku.

Wpływ zanieczyszczeń na temperatury topnienia

Podane w literaturze wartości temperatur topnienia zakładają, że masz czystą próbkę danego związku. Często w laboratorium lub w nieznanych próbkach badane próbki nie są czystymi związkami. Zanieczyszczenia powodują, że obserwowana temperatura topnienia mieszaniny jest niższa niż rzeczywista temperatura topnienia czystego związku. Obserwowalny zakres jest większy niż w przypadku czystej substancji.

W czystym związku ciało stałe składa się z jednolitej i uporządkowanej struktury i wymaga określonej temperatury do rozbicia struktury, aby związek mógł przejść w fazę ciekłą. W mieszaninie zawierającej zanieczyszczenia faza stała składa się ze zdezorganizowanej struktury. Wymaga to znacznie mniej energii do przejścia w fazę ciekłą, co obniża temperaturę topnienia. Zjawisko to jest znane jako obniżenie temperatury topnienia. Im więcej zanieczyszczeń w próbce, tym szerszy zakres temperatur topnienia i niższa temperatura topnienia.