Mga Intermolecular nga Puwersa: Boiling Point, Vapor Pressure ug Solubility

Pagdani tali sa mga molecule, dili mga bond sulod niini

Ang covalent bond naghupot sa mga atomo sa molecule. Ang mga intermolecular nga puwersa (IMF) mao ang mas huyang kaayo nga pagdani tali sa managlahi nga mga molecule, ug kini ang kinahanglang mapildi kung ang likido mukulo o ang solido matunaw. Kung ang tubig mukulo, ang gas nga maporma gihimo gihapon sa H₂O nga mga molecule; walay O–H bond nga mabungkag. Ang pagdani lamang tali sa kasikbit nga mga molecule ang nabalda.

Tungod kay kini nga mga puwersa nagdumala kung unsa ka lig-on ang pagkapit sa mga molecule sa usag usa, ilang gikontrol sa tingub ang usa ka set sa pisikal nga mga kabtangan. Ang mas lig-on nga IMF kasagarang nagpasabot sa mas taas nga boiling point, mas taas nga enthalpy of vaporization, mas ubos nga vapor pressure sa gihatag nga temperatura, ug kasagaran mas taas nga viscosity ug surface tension. Kung maranggo nimo ang IMF, makaranggo nimo ang tanan niini sa usa ka higayon.

London dispersion nga mga puwersa sa matag substansiya

Ang dispersion nga mga puwersa mahitabo tungod kay ang pagpang-apod sa electron nag-usab-usab. Sa bisan unsang higayon ang mga electron sa molecule mahimong medyo dili parehas, nga naghimo og temporaryo nga dipole nga nag-induce og katugbang nga dipole sa silingan. Ang duha mag-dani sa hamubo nga panahon, ug ang sundanan modunay sa tibuok likido. Ang matag atomo ug molecule nakasinati sa dispersion nga mga puwersa, polar man o dili.

Ang kalig-on sa dispersion nga mga puwersa nagdepende sa polarizability, nagpasabot kung unsa kasayon madaot ang electron cloud. Ang mas dagkong molecule nga daghan ang electron mas polarizable, busa ang dispersion nga mga puwersa kasagarang motaas uban sa molar nga masa sulod sa pamilya sa susamang mga compound. Importante usab ang porma: ang taas, gipalapad nga mga molecule adunay mas daghang ibabaw nga nagkontak sa ilang mga silingan kaysa sa gagmay, sanga-sanga nga parehas ang pormula, busa mas lig-on silang nag-dani sa usag usa.

Ayaw pagtamaya ang dispersion. Sa dagkong molecule kini kasagaran ang pinakadako nga kontribusyon sa kinatibuk-ang pagdani, bisan kung polar usab ang molecule.

Dipole–dipole nga pagdani ug hydrogen bonding

Ang polar nga mga molecule adunay permanente nga dipole, busa sa likido sila mag-orient nga ang partial nga positibo nga tumoy sa usa ka molecule duol sa partial nga negatibo nga tumoy sa lain. Kini nga dipole–dipole nga pagdani nagdugang sa dispersion nga mga puwersa nga kanunay anaa. Ang pagdesisyon kung polar ba ang molecule nanginahanglan sa polarity sa mga bond ug sa porma niini.

Ang hydrogen bonding usa ka labing lig-on nga dipole–dipole nga pagdani. Nanginahanglan kini og hydrogen atom nga covalently bonded sa nitrogen, oxygen o fluorine (ang donor) ug lone pair sa duol nga N, O o F nga atomo (ang acceptor). Ang polar kaayo nga N–H, O–H o F–H nga bond mobilin sa gamay nga hydrogen atom nga adunay dako nga partial nga positibo nga charge nga makaduol pag-ayo sa lone pair sa acceptor.

Ang molecule mahimong acceptor nga dili donor. Ang acetone, (CH₃)₂CO, adunay lone pair sa oxygen apan ang tanang hydrogen niini nakadugtong sa carbon, busa ang mga molecule sa acetone dili makahimo og hydrogen bond sa usag usa. Mahimo silang modawat og hydrogen bond gikan sa tubig, nga usa ka rason nganong ang acetone mosagol sa tubig sa tanang proporsyon.

Ion–dipole nga mga puwersa ug pagtunaw sa ionic nga mga solido

Kung ang ionic nga solido matunaw sa tubig, ang matag ion gilibotan sa mga water molecule nga naka-orient paingon niini: ang partial nga negatibo nga mga tumoy sa oxygen nag-atubang sa mga cation, ug ang partial nga positibo nga mga tumoy sa hydrogen nag-atubang sa mga anion. Kini nga ion–dipole nga pagdani nagpagawas og igong enerhiya aron mabayran ang kadaghanan sa enerhiya nga gikinahanglan sa pagbulag sa mga ion gikan sa kristal. Mas lig-on ang pagdani alang sa mga ion nga mas taas ang charge ug mas gamay ang gidak-on.

Ang ion–dipole nga mga puwersa nagpatin-aw kung nganong ang potassium bromide dali nga matunaw sa tubig apan halos dili sa hexane, nga walay dipole nga mag-dani sa mga ion. Ang kinatibuk-ang lagda nga "ang susama mutunaw sa susama" nagbuod niini: ang mga substansiya labing maayo nga matunaw sa mga solvent nga ang intermolecular nga mga puwersa susama sa ilang kaugalingon. Ang iodine, nonpolar nga molecule, maayong matunaw sa hexane, diin ang dispersion nga mga puwersa tali sa solute ug solvent katumbas sa sulod sa matag putli nga substansiya.

Nasulbad nga ehemplo: tulo ka likido nga halos parehas ang molar nga masa

I-ranggo ang butane (CH₃CH₂CH₂CH₃), acetone ((CH₃)₂CO) ug 1-propanol (CH₃CH₂CH₂OH) sumala sa boiling point. Itandi una ang molar nga masa, gamit ang IUPAC standard atomic weights nga gi-round sa duha ka decimal place (H 1.01, C 12.01, O 16.00 g/mol). Butane, C₄H₁₀: 4(12.01) + 10(1.01) = 58.14 g/mol. Acetone, C₃H₆O: 3(12.01) + 6(1.01) + 16.00 = 58.09 g/mol. 1-Propanol, C₃H₈O: 3(12.01) + 8(1.01) + 16.00 = 60.11 g/mol. Ang mga masa nagkalahi og ubos sa 4%, busa ang dispersion nga mga puwersa angay mga susama ug ang mga kalainan magagikan sa polarity.

Sunod klasipika ang mga puwersa. Ang butane adunay C–C ug C–H nga mga bond lang ug halos nonpolar, busa dispersion nga mga puwersa lamang ang naa niini. Ang acetone adunay polar nga C=O bond sa trigonal planar nga pagkahan-ay nga dili magkansela, busa nagdugang kini og dipole–dipole nga mga puwersa, apan wala kini O–H bond ug dili makahatag og hydrogen bond. Ang 1-propanol adunay O–H nga grupo, busa nagdugang kini og hydrogen bonding. Ang tagna butane < acetone < 1-propanol.

Gilista sa NIST Chemistry WebBook ang normal nga boiling point nga mga 273 K (0 °C) alang sa butane, 329.3 K (56.2 °C) alang sa acetone ug 370.3 K (97.2 °C) alang sa 1-propanol, nga gi-convert gamit ang T(°C) = T(K) − 273.15. Ang han-ay motugma sa tagna. Ang parehas nga pangatarungan nagranggo sa vapor pressure sa temperatura sa kwarto sa sukwahi nga han-ay: ang butane gas sa 25 °C, ang acetone dali nga mag-alisngaw, ug ang 1-propanol mas hinay nga mag-alisngaw.

Nasulbad nga ehemplo: kung ang gidak-on sa molecule molabaw sa dipole

Karon itandi ang diethyl ether ((C₂H₅)₂O), 1-butanol (CH₃CH₂CH₂CH₂OH) ug hexane (C₆H₁₄). Ang diethyl ether ug 1-butanol mga isomer, parehong C₄H₁₀O: 4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol. Ang hexane mas bug-at: 6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol. Ang diethyl ether polar apan walay O–H bond, ang 1-butanol makahimo og hydrogen bond, ug ang hexane nonpolar.

Tali sa duha ka isomer, ang hydrogen bonding ang magdesisyon: ang 1-butanol angay mukulo layo sa ibabaw sa diethyl ether. Ang hexane ang makapahimong kaso. Ang pangatarungan nga polarity lang ibutang kini sa katapusan, apan ang hexane mas dako, daghan ang electron ug taas nga kadena, busa ang dispersion nga mga puwersa niini mas dako kaysa dispersion sa ether dugang sa huyang nga dipole–dipole nga pagdani niini.

Gikumpirma kini sa NIST nga mga bili: diethyl ether 307.7 K (34.6 °C), hexane 341.9 K (68.8 °C) ug 1-butanol 390.6 K (mga 117 °C). Ang leksyon mao nga ang mga pagtandi sa polarity labing luwas tali sa mga molecule nga susama ang gidak-on. Kung dako ang kalainan sa gidak-on, hunahunaa una ang dispersion ug dayon pangutana kung ang dipole o hydrogen bonding igo ba kalig-on aron mabali kini. Ang solubility nagsunod usab sa mga puwersa: ang hexane halos dili matunaw sa tubig, samtang ang 1-butanol, nga makahimo og hydrogen bond sa tubig, bahin nga natunaw.

Mga sayop nga likayan sa pagtandi sa intermolecular nga mga puwersa

Sa dili pa mag-ranggo, ilista ang matag puwersa nga anaa sa matag substansiya imbes ang pinakalig-on lang, ug timan-i ang molar nga masa. Mapugngan niini ang labing kasagarang sayop, ang pagtandi lamang sa mga label sama sa "polar" ug "nonpolar" samtang gipasagdan ang gidak-on.

Ang mga sayop sa ubos balik-balik nga makita sa mga pagpatin-aw sa boiling point ug solubility.

• Pag-ingon nga ang pagkulo nagbungkag sa covalent bond. Ang pagkulo nagbulag sa mga molecule; ang mga molecule nagpabilin nga buo.
• Pag-angkon og hydrogen bonding alang sa bisan unsang molecule nga adunay hydrogen. Ang hydrogen kinahanglang nakadugtong sa N, O o F.
• Pagtratar sa nonpolar nga mga substansiya nga walay intermolecular nga mga puwersa. Ang tanang substansiya adunay dispersion nga mga puwersa.
• Pag-ranggo sa mga molecule nga lahi kaayo ang gidak-on pinaagi sa polarity lamang, sama sa gipakita sa ehemplo sa hexane.
• Pagbaliskad sa trend sa vapor pressure. Ang mas lig-on nga IMF nagpasabot og mas ubos nga vapor pressure ug mas taas nga boiling point.
• Pagtratar sa "ang susama mutunaw sa susama" isip balaod imbes sa kasagarang lagda. Ang solubility nagdepende usab sa entropy ug temperatura.