분자 간 힘의 비교: 녹는점(융점), 끓는점(비등점), 혼화성

분자 간 힘은 분자 사이에 존재하는 매력적인 힘입니다. 그들은 여러 대량 속성을 지시, 녹는 점 등, 끓는 점, 그리고 용해 성 (miscibilities) 물질의. 어름모락한 질량, 분자 모양 및 극성은 분자 의 가족에 걸쳐 물리적 특성의 크기에 영향을 미치는 다른 분자 간 힘의 강도에 영향을 미칩니다.

분산과 같은 일시적인 매력적인 힘은 극성 또는 비극성 여부에 관계없이 모든 분자에 존재합니다. 그(것)들은 가스가 응축 (액화) 및 액체가 매우 낮은 온도 (또는 고압) 조건하에서 동결 (고화)하는 원인이 됩니다. 분산력은 원자의 핵 주위의 전자의 비대칭 분포로 인한 임시 이폴에서 발생합니다. 원자 (또는 분자)는 전자의 큰 숫자를 가진 (더 높은 어금다 질량) 밝은 원자 (또는 분자)보다 더 강한 분산 력을 표시합니다. 할로겐의 융점 및 비등점 추세는 이러한 효과를 보여줍니다. 불소에서 요오드로 그룹을 이동하면 원자 크기 (또는 질량)가 증가함에 따라 점및 끓는 점이 증가합니다. 이러한 증가는 분산력의 강도가 물질 내 원자 또는 분자의 전자 구조에 의해 어떻게 영향을 받는지 고려하여 합리화될 수 있다. 더 큰 원자에서, 원자 전자는, 평균적으로, 더 작은 원자에서 보다는 핵에서 멀리 멀리 입니다. 따라서, 그들은 덜 단단히 개최하고 더 쉽게 매력을 생산하는 임시 이폴을 형성 할 수 있습니다. 분자의 전하 분포(전자 구름)를 왜곡하는 또 다른 정전기 전하(예: 가까운 이온 또는 극성 분자)가 얼마나 쉽거나 어려운지 측정한 값은 극성이라고 합니다.

쉽게 왜곡되는 전하 구름이 있는 분자는 매우 편광이 가능하며 큰 분산력이 있다고 합니다. 왜곡하기 어려운 충전 구름이 있는 것은 매우 편광할 수 없으며 작은 분산력이 있습니다. 분자의 모양은 또한 그들 사이 분산 힘의 크기에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 이소머스 n-펜탄, 이소펜탄 및 네오펜타네에 대한 비등점은 각각 36°C, 27°C 및 9.5°C이다. 이러한 화합물은 동일한 화학 적 포뮬러를 가진 분자로 구성되지만, C₅H_12,끓는 점의 차이는 액체 상에서 분산력이 다르다는 것을 시사하며, n-펜탄에 가장 크고 neopentane에 가장 적다는 것을 시사합니다. n-펜탄의 길쭉한 모양은 분자 간의 접촉에 사용할 수 있는 더 큰 표면적을 제공하므로 그에 상응하는 분산력이 강해집니다. isopentane의 더 컴팩트한 모양은 분자 간 접촉에 사용할 수 있는 더 작은 표면적을 제공하므로 분산력이 약합니다. Neopentane 분자는 분자 간 접촉에 가장 적합한 표면적을 제공하고, 따라서 가장 약한 분산력을 제공하는 세 가지 중 가장 컴팩트합니다.

극지 물질은 이폴- 이폴 명소를 전시합니다. 이 매력의 효과는 극성 HCl 분자의 특성을 비극성 F₂ 분자와 비교할 때 명백합니다. HCl과 F_2는 모두 동일한 수의 원자로 구성되며 거의 동일한 분자 질량을 가지고 있습니다. 150 K의 온도에서, 두 물질의 분자는 동일한 평균 KE를 가질 것이다. 그러나, HCl 분자 사이 이폴-이폴 매력은 액체를 형성하기 위하여 그(것)들을 일으키는 원인이 되기 위하여 충분합니다 “붙어” 액체를 형성하는 반면, 비극성 F₂ 분자 사이 상대적으로 약한 분산 력은 아닙니다, 그래서 이 물질은 이 온도에서 기체입니다. F2(85K)에 비해 HCl(188 K)의 정상 비등점이 더 높은 것은 비극성 F₂ 분자 사이의 매력에 비해 HCl 분자 사이의 이폴-이폴 어트랙션의 더 큰 강도를 반영한다.

특수 유형의 이폴-이폴 힘(수소 결합)은 응축된 위상(액체 및 고형체)의 특성에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 그룹 15(NH3, PH_3,AsH 3 및SbH_3),그룹16 하이드라이드(H2 O, H₂S, H₂Se 및_H2Te) 및 그룹 17 하이드라이드(HF, HCl, HBr 및 HI)의 이진 수화물에 대한 비등점 의 추세를 고려한다. 분자의 크기가 실질적으로 증가하는 반면, 분자의 극성은 약간 감소하는 단을 아래로 진행에. 점점 더 강해지는 분산력의 효과는 점점 더 약해지는 이폴-이폴 어트랙션의 영향을 지배하고 있으며, 비등점은 꾸준히 증가하는 것으로 관찰되고 있습니다. 이러한 경향을 이용하여, 각 그룹에 대해 가장 가벼운 수화물에 대한 예측 된 비등점은 약 -120 °C (NH_3),-80 ° C (H₂O용), 및 -110 °C (HF용)입니다. 그러나, 이들 화합물에 대한 측정된 비등점은 약 -33.34°C(NH3), 100°C(H_2O용),및 19.5°C(HF용)이며, 이들 모두는 예측된 추세보다 극적으로 높다. 우리의 순진한 예측과 현실 사이의 극명한 대조는 수소 결합의 강도에 대한 강력한 증거를 제공합니다.

비극에 대한 극성의 영향

어떤 비율로 균일하게 혼합될 수 있는 액체는 오해의 소지가 있다고 합니다. 오해의 소지가 있는 액체는 비슷한 극성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 메탄올(CH3OH) 및 물(H_2O),극성 및 수소 결합 능력이 있는 두 개의 액체를 고려하십시오. 혼합시, 메탄올과 물은 분자 간 수소 결합을 통해 상호 작용하고 혼합; 따라서, 그들은 오해입니다. 마찬가지로, 헥산 (C₆H₁₄₎및 브롬 (Br_2)과같은 비극성 액체는 분산력을 통해 서로 오해합니다. 화학 공리 “같은 용해처럼”화합물의 오해를 예측하는 데 유용합니다. 상당한 정도에 혼합하지 않는 두 개의 액체는 불굴의라고합니다. 예를 들어, 비극성 헥산은 극성 물에 난해할 수 없습니다. 육산과 물 사이의 상대적으로 약한 매력적인 힘은 물 분자 사이의 강력한 수소 접합력을 적절히 극복하지 못합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 10.1: 분자 간 힘에서 적용됩니다. 및 섹션 11.3: 용해도.