درجة الغليان للمركبات العضوية: كيف تفسر الفروق؟

الخلاصة السريعة

تغلي المادة العضوية عندما يساوي ضغط بخارها الضغط الخارجي. تختلف درجات الغليان بحسب القوى بين الجزيئات وبنيتها، فلا تكفي الكتلة الجزيئية أو اسم المجموعة الوظيفية وحده لترتيب كل المركبات. ^{[1] [2]}

• الغليان يباعد بين الجزيئات عادة، ولا يتطلب تكسير روابطها التساهمية الداخلية. ^[2]
• مقارنة الغليان العادي تكون عند 101.325 كيلوباسكال؛ تغيير الضغط يغير حرارة الغليان. ^{[1] [3]}
• الإيثانول وثنائي ميثيل الإيثر لهما الصيغة C2H6O؛ بنيتاهما وقواهما بين الجزيئات مختلفتان. ^{[4] [5]}
• في مثال الألكانات المتماكبة، يغلي البنتان عند نحو 36°م والنيو بنتان عند نحو 9.5°م؛ التفرع هنا يخفض الغليان. ^{[6] [7] [8]}
• مقارنة حجم الجزيء وشكله وقطبيته أنفع من افتراض ترتيب ثابت لجميع المجموعات الوظيفية. ^[2]

ما القوى التي تؤثر في الغليان؟

داخل الجزيء ترتبط الذرات بروابط كيميائية، وبين الجزيئات توجد تجاذبات تحدد سهولة ابتعادها في الطور الغازي. قوى التشتت موجودة في الجزيئات جميعها، وقد تضاف تجاذبات ثنائيات القطب والروابط الهيدروجينية. اجتماعها يفسر الخواص، دون تحويل الغليان إلى تحلل كيميائي. ^[2]

في الكحول يمكن لهيدروجين مجموعة OH أن ينجذب إلى أكسجين جزيء آخر. يحتاج الخروج من السائل إلى التغلب على هذه التجاذبات. أما الإيثر الذي لا يحتوي رابطة O−H فلا يقدم هذا الهيدروجين لتكوين الشبكة نفسها بين جزيئاته النقية. ^{[9] [10]}

لهذا لا تكفي معرفة عدد الذرات؛ الإيثانول CH3CH2OH وثنائي ميثيل الإيثر CH3OCH3 متماكبان، لكن ترتيب الذرات مختلف. الجدول التالي يورد أمثلة من بيانات الغليان المرجعية، لا قياسات تجربة أُجريت للمقال. ^{[4] [5]}

أمثلة على الغليان والتفرع

توجد أكثر من قيمة منشورة لبعض المواد؛ اخترنا للإيثر قيمة محددة مسجلة في المرجع، وصرّحنا بمصدرها. للتحويل نحسب الحرارة بالسيلسيوس = الحرارة بالكلفن − 273.15، وتبقى الأرقام المعروضة تقريبية. ^{[4] [5] [7] [8]}

البنتان والنيو بنتان مثال مناسب لعزل أثر الشكل؛ يشتركان في الصيغة الجزيئية، لكن الأول أقل تفرعًا والثاني أكثر تراصًا. في هذه المقارنة تقل التجاذبات الفعالة بين الجزيئات الأكثر تفرعًا، فيهبط الغليان. لا ننقل النتيجة تلقائيًا إلى كل زوج من المواد العضوية. ^{[2] [6]}

لماذا يجب ذكر الضغط وحدود المقارنة؟

المقصود بالغليان العادي ضغط 101325 باسكال، أي 101.325 كيلوباسكال؛ وهو لا يساوي 100000 باسكال. إذا انخفض الضغط الخارجي، أمكن للسائل بلوغ شرط الغليان عند حرارة أقل، لذلك لا تُقارن قيمتان مسجلتان تحت ضغطين مختلفين كأن ظروفهما واحدة. ^{[1] [3]}

لمقارنة متماكبات متقاربة تكون هيئة الجزيء والقوى بين الجزيئات مؤثرة. وعند مقارنة عائلات مختلفة، قد تتغير الكتلة والحجم والقطبية معًا؛ لذا نراجع بيانات المادة وظروفها بدل تطبيق سلم ثابت يقول إن كل كحول أعلى غليانًا من كل إيثر أو ألكان. ^[2]

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: درجة غليان الماء: لماذا تتغير مع الضغط؟