Hoe bepaal je het kookpunt van stoffen? [gesloten]
Hoewel het moeilijk kan zijn om het exacte kookpunt van een stof te bepalen, spelen vele factoren een rol om te vergelijken of een stof een hoger kookpunt heeft dan de andere.
1) Intermoleculaire kracht. Merk op dat het “intermoleculaire kracht” is in plaats van “intramoleculaire kracht”. De reden hiervoor is dat wanneer je iets kookt, je de stof wilt omzetten van vloeibare toestand in gasvormige toestand, en dat kan alleen worden bereikt door de verbinding van moleculen te verzwakken, niet door de intramoleculaire binding van een molecuul te verbreken. Er zijn in het algemeen drie soorten intermoleculaire kracht : de London dispersiekracht , de dipool-dipool, en de waterstofbruggen . Hoe sterker de kracht, hoe groter de hoeveelheid energie die nodig is om de verbinding tussen de moleculen te verbreken, en dus is het kookpunt hoger.
- Londen dispersiekracht (LDF/Van der Waals) treedt gewoonlijk op wanneer er geen significante dipool in het molecuul bestaat (propaan, hexaan)
- Dipool-dipool treedt op wanneer er een waarneembaar ladingsverschil tussen atomen in een molecuul bestaat. Dit kan worden gezien in het geval van waterstofchloride. Het chlooratoom is elektronegatiever, dus trekt het ook de meer elektropositieve waterstofatomen van andere moleculen aan (maar bindt zich er niet mee).
- De waterstofbrug is de sterkste. Deze ontstaat als een molecuul een waterstofatoom heeft dat gebonden is aan ofwel F (fluor), O (zuurstof), of N (stikstof). Deze atomen zijn zeer elektronegatief. Dit gebeurt in het geval van water $H_2O$. Ik raad je aan na te denken waarom de waterstofbrug de sterkste is en Van der Waals (London dispersiekracht) de zwakste intermoleculaire kracht.
2). Moleculaire massa. Stel dat je twee stoffen hebt, die toevallig beide een wisselwerking hebben via LDF. Een ander ding om te overwegen is de massa van het molecuul. Als het molecuul groter is, dan is het oppervlak groter, wat resulteert in een grotere LDF. Dit leidt tot de conclusie dat de massa van het molecuul evenredig is met het kookpunt.
3). Vertakkingen. Bij alkanen (die alleen uit C en H bestaan) heeft een alkaan met een rechte keten in het algemeen een hoger kookpunt dan soortgelijke vertakte alkanen, vanwege het oppervlak tussen twee aangrenzende moleculen. Dit zou moeilijker zijn als het alkaan vertakkingen heeft. Vergelijk : 2,3-dimethylbutaan en hexaan. Beide hebben 6 koolwaterstoffen, maar het kookpunt van 2,3-dimethylbutaan is 331,15 K terwijl hexaan 341,15 K is.
Kijk eens naar jouw geval. $H_2O$ heeft zuurstof in zich, dus een waterstofbrug. Hoewel de elektronegativiteit van waterstof, selenium, zwavel en tellurium ongeveer 0,1 – 0,48 verschilt, draagt het niet echt veel bij aan de totale dipool van het molecuul. Dus moeten deze drie interacties aangaan met LDF. We can see that the molecular mass of sulfur < selenium < tellurium (S < Se < Te). From what we know, the bigger the mass, the larger the boiling point.
From this point we can tell that :$H_2S < H_2Se < H_2Te < H_2O$
And a quick Google search will show us that the boiling point of these molecules are :$H_2S (-60) < H_2Se(-41,25) < H_2Te(-2.2) < H_2O$ (100)