Сравнение межмолекулярных сил: точка плавления, точка кипения и смешиваемость

Почему у молекул по мере увеличения молярной массы наблюдается тенденция к увеличению температуры кипения? Разницу можно объяснить их межмолекулярными силами. Для всех веществ существуют дисперсионные силы самые слабые из межмолекулярных сил.

Величина дисперсионных сил зависит от того, насколько легко можно поляризовать атомы. Атомы с более высокой массой имеют больше электронов и более крупные электронные облака, в которых электроны рассеиваются более свободно, что приводит к увеличению дисперсионных сил. Чем сильнее силы, тем больше энергии требуется для разрыва взаимодействия между соседними атомами, что приводит к более высоким температурам кипения.

Это также объясняет, почему увеличение молярной массы в алкановом ряду приводит к соответствующему увеличению точек кипения и плавления. Однако молярная масса сама по себе не определяет величины дисперсионных сил. Несмотря на одинаковые массы, н-пентан и неопентан имеют разные точки кипения из-за разной формы молекул.

Линейный н-пентан имеет большую площадь поверхности для взаимодействия с соседними молекулами, в то время как сферический неопентан имеет меньшую площадь поверхности и, следовательно, меньшие дисперсионные силы. Это приводит к более низкой температуре кипения. Межмолекулярные силы также имеют решающее значение при смешивании жидкостей.

Жидкости аналогичного типа и величины межмолекулярных сил полностью растворимы во всех пропорциях или смешиваемы. Рассмотрим этанол и воду, оба этих соединения демонстрируют взаимодействия по типу водородных связей. При смешивании молекулы этанола могут образовывать водородные связи с молекулами воды, и две жидкости полностью смешиваются.

Напротив, жидкости с разными типами и величинами межмолекулярных сил нерастворимы друг в друге или несмешиваемы. Рассмотрим полярные молекулы воды с силами дисперсии и водородными связями, и неполярные молекулы гексана, в которых присутствуют только силы дисперсии. При смешивании гексан образует верхний слой, а вода нижний.

Более слабые дисперсионные силы в гексане не могут конкурировать с более сильными водородными связями в воде. Следовательно, гексан и вода не смешиваются.