Точка на кипене на органични съединения

Една течност кипи, когато нейните молекули имат достатъчно енергия, за да преодолеят силите на привличане между тях. Силите на привличане между молекулите се наричат междумолекулни сили. Нека сравним две молекули – пентан отляво и хексан отдясно. Това са два въглеводорода, което означава, че съдържат само въглерод и водород. Пентанът има пет въглеродни атома, едно, две, три, четири, пет, това са пет въглеродни атома. Пентанът има точка на кипене около 36 градуса по Целзий. Хексанът има шест въглеродни атома, едно, две, три, четири, пет, шест. Той има шест въглерода и по-висока точка на кипене, 69 градуса по Целзий. Ще направя още една молекула пентан ето тук. Той има пет въглерода. Нека да помислим за междумолекулните сили, които съществуват между молекулите на пентана. Молекулата на пентана е неполярна. Знаем, че единствените междумолекулни сили, които съществуват при неполярните молекули, са дисперсионните сили (наричани още сили на Лондон), значи дисперсионните сили действат между тези две молекули пентан. Дисперсионните сили са най-слабите междумолекулни сили. Това е взаимодействие между молекулите, което съществува за много кратки периоди от време. Мога да представя дисперсионните сили ето така. Показвам тези кратки, преходни сили на привличане между двете молекули на пентана. Ако направя още една молекула хексан, ето тук, ще направя още една молекула хексан, който е по-дълъг въглеводород, с по-голяма площ на повърхността. По-голяма повърхностна площ означава повече възможност за действие на дисперсионните сили. Значи мога да покажа по-голямо привличане между тези две молекули хексан. Значи двете молекули хексан се привличат повече, отколкото двете молекули пентан. По-силното привличане означава повече енергия, необходима за разделянето на тези две молекули. А повече енергия означава по-висока точка на кипене. Значи хексанът има по-висока точка на кипене от пентана. С увеличаване на броя на въглеродните атоми във въглеводородната верига се повишава точката на кипене на нашето съединение. Това е пример, в който сравняваме молекули с неразклонена верига. Сега да сравним една неразклонена верига с една разклонена въглеводородна верига. Да напомня, тук вляво е пентанът, който има точка на кипене 36 градуса по Целзий. Ще запиша молекулната му формула. Вече казах, че има пет въглеродни атома. И можем да преброим водородите, които са едно, две, три, четири, пет, шест, седем, осем, девет, 10, 11 и 12. Значи това са 12 водорода, така че Н12. С5Н12 е молекулната формула на пентана. Тук отдясно е неопентан. Той има едно, две, три, четири, пет въглерода, и едно, две, три, четири, пет, шест, седем, осем, девет, 10,11 и 12 водорода. Значи С5Н12. Тези две съединения имат еднакви молекулни формули. Нали? Имат еднаква молекулна формула – С5Н12. Разликата е, че при неопентана има разклонения, нали? Неопентанът има разклонения, докато пентанът няма. Той има права верига. Сега да помислим за точките на кипене. Пентанът кипи при 36 градуса Целзий. Неопентанът кипи при 10 градуса по-ниска температура. Да видим защо е така. Ако нарисувам още една молекула пентан, вече говорихме за дисперсионните сили на Лондон, които съществуват тук между двете молекули пентан. Нека да означа тези преходни сили на привличане между тези две молекули. Неопентанът съще е въглеводород. Молекулата му е неполярна. Ако направя още една молекула неопентан, и разгледаме силите на привличане между тези две молекули неопентан, това отново са дисперсионни сили на Лондон. Но поради разклоненията, молекулата на неопентана в три измерения наподобява сфера. Това е приблизително, но ако можеш да си представиш тази молекула неопептан отляво като сфера, тя е сферична, и се опитай да си представиш молекулата неопептан отдясно като горе-долу сферична. Ако разгледаш тази повърхностна площ във връзка с привличането на тези две молекули, това е много по-малка повърхностна площ, отколкото при двете молекули пентан, нали? Ние можем да поставим тези две молекули пентан една върху друга и да увеличим повърхностната площ и да увеличим силите на привличане. Но тези две молекули неопентан, поради тяхната форма и заради разклоненията, при тях няма голяма повърхностна площ. Това означава по-малки сили на привличане между двете молекули неопентан. И понеже силите на привличане са по-малки, това води до понижаване на точката на кипене. Така че точката на кипене е с 10 градуса Целзий по-ниска. Добре. Аз винаги си мисля за стайната температура, че е някъде около 25 градуса Целзий. Най-често тя се посочва някъде между 20 и 25 градуса. Но ако стайната температура е близка до 25 градуса С, тогава какво е агрегатното състояние на неопентана? Тя е по-висока от точката на кипене на неопентана. Така че при стайна температура и нормално налягане, неопентана ще бъде газ, нали? Молекулите вече имат достатъчна енергия, за да се отделят едни от други. Значи неопентанът е газ при нормални условия. Докато, ако погледнем за пентана, той има точка на кипене при 36 градуса Целзий, което е по-високо от стайната температура. Значи не сме достигнали точката на кипене на пентана, което означава, че при стайна температура и налягане пентанът е все още течност. Значи пентанът е течност. И нека да помислим за влиянието на разклоненията. Имаме същия брой въглеродни атоми, нали? Еднакъв брой въглеродни атоми, еднакъв брой водородни атоми, а имаме различни точки на кипене. Неопентанът има повече разклонения и по-ниска точка на кипене. Значи можем да кажем, че когато разклонеността се увеличава... Не говорим за броя на въглеродните атоми. Тук имаме само разклоняване. И когато се увеличава разклоняването, се понижава точката на кипене, защото намалява повърхностната площ за действие на силите на привличане. Нека да сравним тези три молекули, за да приключим. Да видим тези три молекули. Дали можем да обясним различните точки на кипене. Отново, говорихме за хексана, той има точка на кипене 69 градуса Целзий. Ако направя още една молекула хексан, единствените междумолекулни сили са дисперсионните сили на Лондон. Ще запиша тук само "Лондон". Значи дисперсионни сили на Лондон между тези две неполярни молекули хексан. След това имаме 3-хексанон, нали? Хексана има 6 въглерода, както и 3-хаксанона. Едно, две, три, четири, пет и шест. Сега няма да се задълбочаваме около наименованията на тези съединения, ако току-що започваш да учиш органична химия. Опитай се само да помислиш за междумолекулните сили, за които говорим в това видео. Значи 3-хексанонът има шест въглерода. Нека да нарисувам още една молекула 3-хексанон. Ето я другата ни молекула. Нека помислим за електроотрицателността и да сравним този кислород с този въглерод тук. Кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, така че кислородът ще изтегли част от електронната плътност и кислородът ще стане частично отрицателен. Този въглерод тук следователно ще стане частично положителен. Това е дипол, нали? Значи тук имаме дипол в тази молекула, и тук имаме същия дипол в тази молекула 3-хексанон. Частично отрицателен кислород, частично отрицателен въглерод. И тъй като противоположните заряди се привличат, частично отрицателният кислород се привлича с частично положителният въглерод от другата молекула 3-хексанон. Каква междумолекулна сила е това? Имаме дипол, който взаимодейства с дипол. Това е дипол-диполно взаимодействие. Нека го запиша. Имаме дипол-диполно взаимодействие. Очевидно имаме и дисперсионни сили на Лондон, нали? Ако разгледаме тези две области ето тук, тук има дисперсионни сили на привличане. Но дипол-диполното взаимодействие е по-силно междумолекулно взаимодействие в сравнение с дисперсионните сили на Лондон. Следователно двете молекули 3-хексанон се привличат взаимно повече от две молекули хексан. Следователно е необходима повече енергия за разделянето на тези две молекули. Ето защо виждаш по-висока температура на кипене. 3-хексанона има много по-висока температура на кипене от хексана. Това е защото дипол-диполното взаимодействие е по-силно междумолекулно взаимодействие от дисперсионните сили на Лондон. И накрая тук имаме 3-хексанол, който също има шест въглеродни атома. Едно, две, три, четири, пет, шест. Значи отново имаме шест въглерода. Ако начертая още една молекула 3-хексанол, ето тук... Имаме шест въглерода, после един кислород тук, и после един водород, ето така. Знаем, че това предполага водородни връзки. Кислородът е по-електроотрицателен от водорода, така че кислородът е частично отрицателен и водородът е частично положителен. Същото имаме и тук при тази молекула 3-хексанол. Частично отрицателен кислород, частично положителен водород. И е възможно възникване на водородни връзки. Нека да ги направя. Значи тук имаме водородна връзка. Това създава възможност за водородна връзка между двете молекули 3-хексанол. Ще използвам тъмно синьо за това. Сега имаме водородна връзка. А знаем, че водородната връзка е наистина силно дипол-диполно взаимодействие. Водородната връзка е най-силното междумолекулно взаимодействие. И следователно имаме по-голяма сила на привличане между тези две молекули 3-хексанол. И следователно е необходима още повече енергия за разделянето на тези две молекули. И това води до по-висока температура на кипене на 3-хексанола. 3-хексанола има по-висока точка на кипене от 3-хексанона и хексана. Така че, когато се опитваш да намериш точката на кипене, разглеждай междумолекулните сили, които действат между молекулите. И това ще ти позволи да разбереш кое вещество има по-висока точка на кипене.