Intermolecular nga mga Puwersa: Boiling Point, Vapor Pressure ngan Solubility

Mga pagbira tali han mga molekula, dire mga bugkos ha sulod hini

An covalent nga mga bugkos nagpapadayon han mga atomo han molekula. An intermolecular nga mga puwersa (IMF) amo an mas huyang gud nga mga pagbira tali han bulag nga mga molekula, ngan ini an angay mabuntog kun nagkukulo an likido o natutunaw an solido. Kun nagkukulo an tubig, an gas nga nahihimo kompleto gihapon nga H₂O nga mga molekula; waray O–H nga bugkos nga nabubuko. An mga pagbira la tali han kasuod nga mga molekula an nagugunaw.

Tungod kay ini nga mga puwersa an nagdumara kun gaano kakusog an pagdukot han mga molekula ha usa ha usa, nagkokontrol ini hin pira nga pisikal nga mga kinaiya nga magkaupod. An mas kusog nga IMF kasagaran nagkahulogan hin mas taas nga boiling point, mas taas nga enthalpy han vaporization, mas ubos nga vapor pressure ha hatag nga temperatura, ngan kasagaran mas taas nga viscosity ngan surface tension. Kun maranggo mo an IMF, kasagaran maranggo mo an ngatanan hini ha usa ka higayon.

London dispersion nga mga puwersa ha kada substansya

An dispersion nga mga puwersa tikang ha pagbag-o-bag-o han pagbahin-bahin han electron. Ha bisan ano nga higayon an mga electron ha molekula puyde gutiay nga diri patas, nga naghihimo hin temporaryo nga dipole nga nag-iinduce hin katugbang nga dipole ha kasuod. An duha nagbibira ha gutiay nga higayon, ngan nauulit an pattern ha tibuok likido. An kada atomo ngan molekula nakakabati hin dispersion nga mga puwersa, polar o diri.

An kusog han dispersion nga mga puwersa nagdepende ha polarizability, nga nagkahulogan kun gaano kasayon madistort an electron cloud. An mas dako nga mga molekula nga mas damo an electron mas polarizable, salit an dispersion nga mga puwersa kasagaran nagtataas upod an molar nga masa ha sulod han pamilya hin kahawig nga mga compound. Mahinungdanon liwat an porma: an hataas, gin-unat nga mga molekula may mas damo nga ibabaw nga nakikita ha ira mga kasuod kay ha masiksik, sanga-sanga nga mga molekula nga pariho an pormula, salit mas kusog sira nagbibira ha usa ha usa.

Ayaw pagtamaya an dispersion. Ha dako nga mga molekula kasagaran ito an pinakadako nga ambag ha kabug-osan nga pagbira, bisan polar liwat an molekula.

Dipole–dipole nga mga pagbira ngan hydrogen bonding

An polar nga mga molekula may permanente nga mga dipole, salit ha likido nagkakahilig sira nga mag-orient nga an partial nga positibo nga tumoy han usa nga molekula harapit ha partial nga negatibo nga tumoy han lain. Ini nga dipole–dipole nga pagbira nagdudugang ha dispersion nga mga puwersa nga kanunay yana. An pagdesisyon kun polar an molekula nagkikinahanglan han polaridad han mga bugkos ngan han porma hini.

An hydrogen bonding usa nga labi nga kusog nga dipole–dipole nga pagbira. Nagkikinahanglan ito hin atomo han hydrogen nga covalent nga nakabugkos ha nitrogen, oxygen o fluorine (an donor) ngan usa nga lone pair ha kasuod nga atomo nga N, O o F (an acceptor). An hilarom nga polar nga N–H, O–H o F–H nga bugkos nagbibilin han gutiay nga atomo han hydrogen nga may dako nga partial nga positibo nga karga nga puyde mag-abot nga harapit ha lone pair han acceptor.

An molekula puyde acceptor nga waray donor. An acetone, (CH₃)₂CO, may lone pair ha oxygen kundi an ngatanan nga hydrogen hini nakabugkos ha carbon, salit an mga molekula han acetone diri puyde mag-hydrogen bond ha usa ha usa. Puyde, bisan pa, sira makadawat hin hydrogen nga mga bugkos tikang ha tubig, nga usa ha mga rason kay ano nga an acetone nasasagol ha tubig ha ngatanan nga proporsyon.

Ion–dipole nga mga puwersa ngan pagtunaw han ionic nga mga solido

Kun an ionic nga solido natutunaw ha tubig, an kada ion napapalibotan hin mga molekula han tubig nga nakaorient paingod hini: an partial nga negatibo nga tumoy han oxygen nagharap ha mga cation, ngan an partial nga positibo nga tumoy han hydrogen nagharap ha mga anion. Ini nga ion–dipole nga pagbira nagpapagawas hin igo nga enerhiya basi mabuhi an kadam-an han enerhiya nga kinahanglan basi bulagon an mga ion tikang ha kristal. Mas kusog an pagbira para ha mga ion nga mas hataas an karga ngan mas gutiay an kadako.

An ion–dipole nga mga puwersa nagpapaliwanag kun kay ano nga an potassium bromide masayon natutunaw ha tubig kundi hapit diri ha hexane, nga waray dipole nga mamira han mga ion. An heneral nga lagda nga "an pariho natutunaw ha pariho" nagbubuod hini: an mga substansya labing maupay natutunaw ha mga solvent nga an ira intermolecular nga mga puwersa kahawig han ira. An iodine, usa nga nonpolar nga molekula, maupay natutunaw ha hexane, kun diin an dispersion nga mga puwersa tali han solute ngan solvent katupong han sulod han kada putli nga substansya.

Halimbawa nga gin-solbar: tulo nga likido nga hapit pariho an molar nga masa

Ranggoa an butane (CH₃CH₂CH₂CH₃), acetone ((CH₃)₂CO) ngan 1-propanol (CH₃CH₂CH₂OH) sumala han boiling point. Itapat anay an mga molar nga masa, gamit an IUPAC nga standard nga atomic weight nga gin-round hasta duha nga desimal (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. An mga masa nagkakalainan hin mas gutiay kay ha 4%, salit an dispersion nga mga puwersa angay kahawig, ngan an mga kalainan tikang ha polaridad.

Sunod, iklasipika an mga puwersa. An butane may C–C ngan C–H la nga mga bugkos ngan nonpolar gud, salit dispersion nga mga puwersa la an iya. An acetone may polar nga C=O nga bugkos ha trigonal planar nga han-ay nga diri nagkakansela, salit nagdudugang ito hin dipole–dipole nga mga puwersa, kundi waray O–H nga bugkos ngan diri makapadonar hin hydrogen nga mga bugkos. An 1-propanol may O–H nga grupo, salit nagdudugang ito hin hydrogen bonding. An prediksyon amo an butane < acetone < 1-propanol.

Ginlilista han NIST Chemistry WebBook an normal nga boiling point nga mga 273 K (0 °C) para ha butane, 329.3 K (56.2 °C) para ha acetone ngan 370.3 K (97.2 °C) para ha 1-propanol, nga ginko-convert pinaagi han T(°C) = T(K) − 273.15. An han-ay nag-uuyon ha prediksyon. An pariho nga pangatarungan nagra-ranggo han vapor pressure ha temperatura han kwarto ha kabaliktaran nga han-ay: an butane gas ha 25 °C, an acetone paspas nag-aalisngaw, ngan an 1-propanol mas hinay nag-aalisngaw.

Halimbawa nga gin-solbar: kun an kadako han molekula mas dako kay ha dipole

Karon itapat an diethyl ether ((C₂H₅)₂O), 1-butanol (CH₃CH₂CH₂CH₂OH) ngan hexane (C₆H₁₄). An diethyl ether ngan 1-butanol mga isomer, pariho nga C₄H₁₀O: 4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol. Mas bug-at an hexane: 6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol. Polar an diethyl ether kundi waray O–H nga bugkos, an 1-butanol makakahydrogen bond, ngan nonpolar an hexane.

Tali han duha nga isomer, an hydrogen bonding an nagpapasya: an 1-butanol angay magkulo nga mas taas gud kay ha diethyl ether. An hexane an nagtututdo nga kaso. An argumento nga polaridad la magbubutang hini ha katapusan, kundi mas dako an hexane, mas damo an electron ngan hataas nga kadena, salit mas dako an iya dispersion nga mga puwersa kay ha dispersion han ether dugang an huyang nga dipole–dipole nga pagbira hini.

Ginpapamatuod ini han mga bili han NIST: diethyl ether 307.7 K (34.6 °C), hexane 341.9 K (68.8 °C) ngan 1-butanol 390.6 K (mga 117 °C). An leksyon amo nga an mga pagtapat han polaridad labing luwas tali han mga molekula nga pariho an kadako. Kun maiha gud an kadako, hunahunaa anay an dispersion ngan unya pakiana kun igo kakusog an dipole o hydrogen bonding basi mabuhat ini. Sumusunod liwat an solubility ha mga puwersa: an hexane hapit diri gud natutunaw ha tubig, samtang an 1-butanol, nga makakahydrogen bond ha tubig, bahin natutunaw.

Mga sayop nga angay likawan kun nagtatapat hin intermolecular nga mga puwersa

Antes mag-ranggo, ilista an kada puwersa nga may kada substansya imbes la han pinakakusog, ngan timaan an mga molar nga masa. Nagpapahawa ini han kinadaman nga sayop, an pagtapat la hin mga label sugad han "polar" ngan "nonpolar" samtang gin-ignore an kadako.

An mga sayop ha ubos balik-balik nga makita ha mga esplikasyon han boiling point ngan solubility.

• Pagsiring nga an pagkulo nagbubuko han covalent nga mga bugkos. An pagkulo nagbubulag han mga molekula; an mga molekula nagpapabilin nga bug-os.
• Pag-angkon hin hydrogen bonding para ha bisan ano nga molekula nga may hydrogen. An hydrogen angay nakabugkos ha N, O o F.
• Pagtrato ha nonpolar nga mga substansya sugad nga waray intermolecular nga mga puwersa. An ngatanan nga substansya may dispersion nga mga puwersa.
• Pag-ranggo han mga molekula nga hilarom an kalainan han kadako pinaagi la han polaridad, sugad han ginpakita han halimbawa han hexane.
• Pagbaliskad han uso han vapor pressure. An mas kusog nga IMF nagkahulogan hin mas ubos nga vapor pressure ngan mas taas nga boiling point.
• Pagtrato han "an pariho natutunaw ha pariho" sugad hin balaod imbes hin gaspang nga lagda. An solubility nagdepende liwat ha entropy ngan temperatura.