Erime Noktaları

Bir maddenin erime noktası, o maddenin katı fazdan sıvı faza geçmeye başladığı sıcaklıktır. Bu sıcaklıkta sıvı ve katı fazlar denge halindedir. Ek ısı ile madde tamamen eriyecektir. Fakat bir maddenin erime noktasını ne belirler? Katıları ve sıvıları düşünelim. Bir katının molekülleri birbirlerini kafes adı verilen katı, düzenli bir yapıda tutarken, bir sıvının molekülleri daha zayıf etkileşimlere sahiptir ve hareket eder.

Bir katının ısıtılması, enerjiyi moleküllere aktarır. Yeterli enerji ile moleküller kendilerini kafes içinde tutan kuvvetlerin üstesinden gelir ve hareket etmeye başlarlar. Başka bir deyişle, bir katıyı yeterince ısıtırsak, bir sıvıya erir. Bu nedenle, erime noktası, moleküller arasındaki kuvvetlerin veya onları kafes içinde tutan moleküller arası kuvvetlerin üstesinden gelmek için gereken enerjiye bağlıdır. Moleküller arası kuvvetler ne kadar güçlüyse, o kadar fazla enerji gerekir, bu nedenle erime noktası o kadar yüksek olur.

Birçok moleküller arası kuvvet, moleküldeki atomların elektronları ne kadar güçlü çektiğine veya elektronegatifliklerine bağlıdır. Azot, oksijen, flor ve klor oldukça elektronegatifken, karbon, hidrojen ve kükürt sadece orta derecede elektronegatiftir. Önemli ölçüde farklı elektronegatifliklere sahip atomlar arasındaki bağlar polardır. Örneğin, tipik bir karbon-oksijen bağı polardır, ancak tipik bir karbon-hidrojen bağı polar değildir.

Bir molekülün elektronları, en elektronegatif atomlarının etrafında daha fazla zaman harcar, bu da ona o tarafta hafif bir negatif yük ve diğer tarafta hafif bir pozitif yük verir. Buna dipol denir. Dipol, aynı moleküldeki eşit ve zıt bir dipol tarafından iptal edilmezse, molekülün kalıcı bir dipolü vardır ve polardır.

Şimdi, üç önemli moleküller arası kuvveti tartışalım: hidrojen bağı, dipol-dipol etkileşimleri ve London dağılım kuvvetleri. Hidrojen bağı, yalnız bir elektron çiftine sahip elektron çeken bir atom ile daha elektronegatif bir atoma bağlı bir hidrojen arasında meydana gelir. Hidrojen bağları en güçlü moleküller arası kuvvetler arasındadır.

Dipol-dipol etkileşimleri polar moleküller arasında meydana gelir. Çekici bir dipol-dipol etkileşiminde, bir dipolün negatif tarafı başka bir dipolün pozitif tarafı ile hizalanır. Dipol-dipol etkileşimleri genellikle hidrojen bağlarından daha zayıftır.

London dağılım kuvvetleri, bir molekülün elektron dağılımındaki kısa, rastgele kaymalardan gelir ve bu da yakındaki moleküllerde karşılık gelen kaymalara neden olur. Bu rastgele kaymalar her molekülde meydana gelir, bu nedenle bu, polar olmayan moleküller için mevcut olan birkaç etkileşimden biridir. Londra dağılma kuvvetleri, en zayıf moleküller arası kuvvetler arasındadır.

Daha önce, daha güçlü moleküller arası kuvvetlerin daha yüksek erime noktalarına karşılık geldiğini tahmin etmiştik. Bunu hekzadekan, 2-heksadekanon ve hekzadekanoik asit ile hareket halinde görebiliriz. Her molekül için mevcut olan moleküller arası etkileşimlerin gücü arttıkça erime noktası da artar.

Moleküller arası kuvvetler, bir maddenin erime noktasını belirleyen tek faktör değildir. Saflığı, 'donma noktası depresyonu' adı verilen bir etkiyle erime ve donma noktalarını önemli ölçüde etkiler. Bu etki, bir çözeltinin saf çözücüden daha düşük bir donma noktasına sahip olduğu anlamına gelir. Bu yüzden sokaklar çok soğuduğunda tuz serpilir. Sokakta herhangi bir su toplanırsa, tuz hızla çözülür ve saf sudan çok daha düşük donma noktasına sahip bir çözelti elde edilir.

Bir katıda, safsızlıklar kafes yapısına dahil edilir. Bu alanlar genellikle daha zayıf moleküller arası etkileşimlere sahiptir ve bu da yapının bazı kısımlarının bozulmasını kolaylaştırır. Bu nedenle, saf bir katı ile karşılaştırıldığında, erime daha düşük bir sıcaklıkta başlar ve daha geniş bir sıcaklık aralığında gerçekleşir.

Bu laboratuvarda, bilinen iki organik bileşiğin erime noktalarını ölçecek ve ardından safsızlıkların erime noktası aralığını nasıl etkilediğini keşfetmek için bir karışımı analiz edeceksiniz.