Температуры кипения и плавления
Температура кипения
Чтобы жидкость закипела, молекулы должны оторваться друг от друга. Чем сильнее они притягиваются, тем выше температура кипения.
Как сравнить температуры кипения
- Есть ли у вещества водородные связи (O–H, N–H)? Если у одного есть, а у другого нет, первое кипит гораздо выше.
- Если одинаково — у кого больше групп O–H? Больше — выше.
- Если одинаково — полярнее ли молекула? Полярнее — выше.
- Если одинаково — больше ли молекула? Больше — выше. Сильнее ли разветвлена? Разветвлённее — ниже: меньше площадь контакта.
Примеры
1. Близкая масса, разные силы. Бутан-1-ол (118 °C, водородные связи) ≫ диэтиловый эфир (35 °C) ≈ пентан (36 °C).
2. Число групп OH. Пропан-1-ол \(\ce{C3H7OH}\) — 97 °C; глицерин \(\ce{C3H5(OH)3}\) — около 290 °C.
3. Полярность. Бутан (−0,5 °C) < ацетон (56 °C): масса близка (58 г/моль у обоих), но ацетон полярен.
4. Размер. Метан −161 °C < этан −89 °C < пропан −42 °C < бутан −0,5 °C: с каждой группой \(\ce{CH2}\) растут дисперсионные силы.
5. Разветвление. Бутан (−0,5 °C) > 2-метилпропан (−12 °C): разветвлённая молекула компактнее, площадь контакта меньше.
errorПростой эфир — не спирт
У \(\ce{R-O-R}\) нет водорода при кислороде: между молекулами эфира водородных связей нет, и он кипит почти как алкан той же массы. Формула \(\ce{C4H10O}\) одна, а температуры кипения бутанола и диэтилового эфира различаются на 83 °C.
edit_noteПопробуйте сами
Расположите по возрастанию температуры кипения: \(\ce{CH3-CH2-CH2-CH2-OH}\), \(\ce{CH3-CH2-O-CH2-CH3}\), \(\ce{HO-CH2-CH2-CH2-OH}\).
expand_moreПоказать решение
Диэтиловый эфир (нет O–H) < бутан-1-ол (одна группа OH) < пропан-1,3-диол (две группы OH).
Температура плавления: симметрия и упаковка
При плавлении разрушается кристалл. Кроме сил притяжения, важно, насколько плотно молекулы уложены: симметричные молекулы упаковываются лучше и плавятся выше.
Как сравнить температуры плавления
- Сравните силы притяжения, как для кипения: водородные связи, полярность, размер.
- Если они близки — сравните симметрию: более симметричная молекула лучше упаковывается и плавится выше.
- Ионные соединения и цвиттер-ионы плавятся очень высоко (часто с разложением).
Примеры
1. Пентан и 2,2-диметилпропан. Кипит выше пентан, а плавится — неопентан: −17 °C против −130 °C. Шарообразные молекулы плотно укладываются в кристалл.
2. Ксилолы. Пара-изомер самый симметричный и плавится при 13 °C; орто — при −25 °C, мета — при −48 °C.
3. Бут-2-ены. Транс-изомер симметричнее и плавится выше: −106 °C против −139 °C у цис-изомера.
4. Ацетат натрия и уксусная кислота. Соль — ионный кристалл, плавится при 324 °C; кислота — при 17 °C.
5. Аминокислоты. Глицин существует в виде цвиттер-иона \(\ce{H3N+-CH2-COO-}\) и плавится с разложением выше 230 °C.
errorКипение и плавление могут идти в разные стороны
Разветвление снижает температуру кипения, но если молекула становится симметричнее, температура плавления растёт. Не переносите правило для кипения на плавление.
edit_noteПопробуйте сами
Какой из изомеров плавится выше: цис- или транс-1,2-дихлорэтен?
expand_moreПоказать решение
Транс-изомер: он симметричнее и лучше упаковывается (−50 °C против −81 °C у цис-изомера).
push_pinГлавное
Температуры кипения сравнивают по порядку: есть ли водородные связи; сколько групп O–H; полярна ли молекула; больше ли молекула; сильнее ли разветвлена (разветвление снижает температуру кипения). Температура плавления зависит ещё и от упаковки в кристалле: симметричные молекулы (неопентан, пара-изомеры, транс-изомеры) плавятся выше.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.