Fórsaí Idirmhóilíneacha: Pointe Fiuchta, Brú Gaile agus Intuaslagthacht

Tarraingtí idir móilíní, ní bannaí laistigh díobh

Coinníonn bannaí comhfhiúsacha adaimh móilín le chéile. Is iad fórsaí idirmhóilíneacha (IMFanna) na tarraingtí i bhfad níos laige idir móilíní ar leith, agus is iad a chaithfear a shárú nuair a fhiuchann leacht nó nuair a leánn solad. Nuair a fhiuchann uisce, tá an gás a fhoirmítear déanta de mhóilíní H₂O fós; ní bhriseann aon bhanda O–H. Cuirtear isteach ar na tarraingtí idir móilíní comharsanacha amháin.

Toisc go rialaíonn na fórsaí seo cé chomh láidir is a ghreamaíonn móilíní dá chéile, rialaíonn siad tacar airíonna fisiciúla le chéile. Is gnách go gciallaíonn IMFanna níos láidre pointe fiuchta níos airde, eantalpacht ghalaithe níos airde, brú gaile níos ísle ag teocht ar leith, agus go minic slaodacht agus teannas dromchla níos airde. Más féidir leat IMFanna a rangú, is féidir leat gach ceann díobh seo a rangú ag an am céanna de ghnáth.

Fórsaí scaipthe London i ngach substaint

Eascraíonn fórsaí scaipthe toisc go n-athraíonn dáiltí leictreon. Ag aon nóiméad, d'fhéadfadh go mbeadh leictreoin i móilín beagán míchothrom, ag cruthú dípóil shealadaigh a spreagann dípól comhfhreagrach i gcomharsa. Meallann an bheirt go hachomair, agus athdhéantar an patrún ar fud an leachta. Mothaíonn gach adamh agus móilín fórsaí scaipthe, polach nó nach ea.

Braitheann neart fórsaí scaipthe ar pholaraitheacht, rud a chiallaíonn cé chomh héasca is a fhéadfar an scamall leictreon a shaobhadh. Tá móilíní níos mó le níos mó leictreon níos polaraithe, mar sin méadaíonn fórsaí scaipthe go ginearálta le mais mhólach laistigh de theaghlach comhdhúl cosúil. Tá tábhacht ag cruth freisin: tá níos mó dromchla i dteagmháil lena gcomharsana ag móilíní fada sínte ná ag cinn dlúth, craobhacha den fhoirmle chéanna, mar sin meallann siad a chéile níos láidre.

Ná déan beag is fiú de scaipeadh. I móilíní móra is minic gurb é an rannchuidiú is mó leis an tarraingt iomlán é, fiú nuair atá an móilín polach freisin.

Tarraingtí dípól–dípól agus nascadh hidrigine

Tá dípóil bhuana ag móilíní polacha, mar sin i leacht claonann siad iad féin a threorú le deireadh páirteach dearfach móilín amháin gar do dheireadh páirteach diúltach ceann eile. Cuireann an tarraingt dípól–dípól seo leis na fórsaí scaipthe atá i láthair i gcónaí. Teastaíonn polaraíocht bannaí agus cruth araon chun a shocrú an bhfuil móilín polach.

Is tarraingt dípól–dípól an-láidir é nascadh hidrigine. Teastaíonn adamh hidrigine nasctha go comhfhiúsach le nítrigin, le hocsaigin nó le fluairín (an deontóir) agus péire aonair ar adamh N, O nó F in aice láimhe (an glacadóir). Fágann an banda an-pholach N–H, O–H nó F–H an t-adamh beag hidrigine le muirear mór páirteach dearfach is féidir leis druidim gar do phéire aonair an ghlacadóra.

Is féidir le móilín a bheith ina ghlacadóir gan a bheith ina dheontóir. Tá péire aonair ar ocsaigin ag aicéatón, (CH₃)₂CO, ach tá a chuid hidrigine go léir nasctha le carbón, mar sin ní féidir le móilíní aicéatóin hidrigin a nascadh lena chéile. Is féidir leo, áfach, nascanna hidrigine a ghlacadh ó uisce, rud atá ar cheann de na cúiseanna a mheascann aicéatón le huisce i ngach cóimheas.

Fórsaí ian–dípól agus solaid ianacha a thuaslagadh

Nuair a thuaslagann solad ianach in uisce, cuirtear móilíní uisce timpeall ar gach ian, treoraithe ina threo: tá deirí ocsaigine páirteach diúltach os comhair cataiain, agus tá deirí hidrigine páirteach dearfach os comhair anian. Scaoileann an tarraingt ian–dípól seo go leor fuinnimh chun cuid mhór den fhuinneamh a theastaíonn chun na hianta a scaradh ón gcriostal a fhritháireamh. Tá an tarraingt níos láidre d'ianta de mhuirear níos airde agus de mhéid níos lú.

Míníonn fórsaí ian–dípól cén fáth a dtuaslagann bróimíd photaisiam go héasca in uisce ach ar éigean ar chor ar bith i heicsean, nach bhfuil aon dípól aige chun ianta a mhealladh. Déanann an riail ghinearálta "tuaslagann a bhfuil cosúil lena chéile" é seo a achoimriú: tuaslagann substaintí is fearr i dtuaslagóirí a bhfuil fórsaí idirmhóilíneacha cosúla acu leis na cinn féin. Tuaslagann iaidín, móilín neamhpholach, go maith i heicsean, áit a bhfuil na fórsaí scaipthe idir tuaslagtán agus tuaslagóir inchomparáide leo siúd laistigh de gach substaint íon.

Sampla oibrithe: trí leacht a bhfuil beagnach an mhais mhólach chéanna acu

Rangaigh bútán (CH₃CH₂CH₂CH₃), aicéatón ((CH₃)₂CO) agus 1-próipeanól (CH₃CH₂CH₂OH) de réir pointe fiuchta. Ar dtús, déan comparáid idir maiseanna mólacha, ag úsáid meáchain adamhacha chaighdeánacha IUPAC cruinnithe go dhá ionad deachúlacha (H 1.01, C 12.01, O 16.00 g/mol). Bútán, C₄H₁₀: 4(12.01) + 10(1.01) = 58.14 g/mol. Aicéatón, C₃H₆O: 3(12.01) + 6(1.01) + 16.00 = 58.09 g/mol. 1-Próipeanól, C₃H₈O: 3(12.01) + 8(1.01) + 16.00 = 60.11 g/mol. Tá níos lú ná 4% de dhifríocht idir na maiseanna, mar sin ba cheart go mbeadh fórsaí scaipthe thart ar an gcéanna agus is ón bpolaraíocht a thiocfaidh na difríochtaí.

Ansin aicmigh na fórsaí. Níl i mbútán ach bannaí C–C agus C–H agus tá sé neamhpholach go bunúsach, mar sin níl ann ach fórsaí scaipthe. Tá banda polach C=O ag aicéatón i socrú pleanach triantánach nach gcealaíonn, mar sin cuireann sé fórsaí dípól–dípól leis, ach níl aon bhanda O–H aige agus ní féidir leis nascanna hidrigine a bhronnadh. Tá grúpa O–H ag 1-próipeanól, mar sin cuireann sé nascadh hidrigine leis. Is é an tuar bútán < aicéatón < 1-próipeanól.

Liostaíonn NIST Chemistry WebBook gnáthphointí fiuchta thart ar 273 K (0 °C) do bhútán, 329.3 K (56.2 °C) d'aicéatón agus 370.3 K (97.2 °C) do 1-próipeanól, arna dtiontú le T(°C) = T(K) − 273.15. Meaitseálann an t-ord an tuar. Rangaíonn an réasúnaíocht chéanna brú gaile ag teocht an tseomra san ord contrártha: is gás ag 25 °C é bútán, galaíonn aicéatón go tapa, agus galaíonn 1-próipeanól níos moille.

Sampla oibrithe: nuair a sháraíonn méid móilíneach dípól

Déan comparáid anois idir eatar déitile ((C₂H₅)₂O), 1-bútanól (CH₃CH₂CH₂CH₂OH) agus heicsean (C₆H₁₄). Is iseaiméirí iad eatar déitile agus 1-bútanól, araon C₄H₁₀O: 4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol. Tá heicsean níos troime: 6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol. Tá eatar déitile polach ach níl aon bhanda O–H aige, is féidir le 1-bútanól hidrigin a nascadh, agus tá heicsean neamhpholach.

Idir an dá iseaiméir, socraíonn nascadh hidrigine: ba cheart go bhfiuchfadh 1-bútanól i bhfad os cionn eatair déitile. Is é heicsean an cás treorach. Chuirfeadh argóint pholaraíochta amháin sa deireadh é, ach tá heicsean níos mó, tá níos mó leictreon aige agus is slabhra sínte é, mar sin tá a fhórsaí scaipthe níos mó ná scaipeadh an eatair móide a tharraingt lag dípól–dípól.

Deimhníonn luachanna NIST é seo: eatar déitile 307.7 K (34.6 °C), heicsean 341.9 K (68.8 °C) agus 1-bútanól 390.6 K (thart ar 117 °C). Is é an ceacht ná gurb iad comparáidí polaraíochta is sábháilte idir móilíní de mhéid cosúil. Nuair a bhíonn difríocht shuntasach sa mhéid, smaoinigh ar scaipeadh ar dtús agus ansin fiafraigh an bhfuil dípól nó nascadh hidrigine láidir go leor chun é a threascairt. Leanann intuaslagthacht na fórsaí freisin: tá heicsean neamh-intuaslagtha in uisce go bunúsach, agus tá 1-bútanól, ar féidir leis hidrigin a nascadh le huisce, intuaslagtha go páirteach.

Botúin le seachaint agus fórsaí idirmhóilíneacha á gcur i gcomparáid

Sula ndéanann tú rangú, liostaigh gach fórsa atá ag gach substaint seachas an ceann is láidre amháin, agus tabhair faoi deara na maiseanna mólacha. Seachnaíonn sé seo an botún is coitianta, is é sin lipéid amháin ar nós "polach" agus "neamhpholach" a chur i gcomparáid agus neamhaird a dhéanamh ar mhéid.

Tagann na botúin thíos chun solais arís agus arís eile i míniúcháin ar phointe fiuchta agus ar intuaslagthacht.

• A rá go mbriseann fiuchadh bannaí comhfhiúsacha. Scarann fiuchadh móilíní; fanann na móilíní slán.
• Nascadh hidrigine a éileamh d'aon mhóilín ina bhfuil hidrigin. Caithfidh an hidrigin a bheith nasctha le N, O nó F.
• Substaintí neamhpholacha a láimhseáil mar nach bhfuil aon fhórsaí idirmhóilíneacha acu. Tá fórsaí scaipthe ag gach substaint.
• Móilíní de mhéid an-difriúil a rangú de réir polaraíochta amháin, mar a léiríonn sampla an heicsin.
• Treocht an bhrú gaile a aisiompú. Ciallaíonn IMFanna níos láidre brú gaile níos ísle agus pointe fiuchta níos airde.
• "Tuaslagann a bhfuil cosúil lena chéile" a láimhseáil mar dhlí seachas mar riail ordóige. Braitheann intuaslagthacht ar eantrópacht agus ar theocht freisin.