Siedepunkte und Schmelzpunkte

Die beobachtbaren Schmelz- und Siedepunkte verschiedener organischer Moleküle veranschaulichen zusätzlich die Auswirkungen nichtkovalenter Wechselwirkungen. Das übergeordnete Prinzip ist einfach: Je stärker die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen Molekülen sind, desto mehr Energie wird in Form von Wärme benötigt, um sie auseinander zu brechen. Höhere Schmelz- und Siedepunkte bedeuten stärkere nichtkovalente intermolekulare Kräfte.

Betrachten Sie die Siedepunkte von immer größeren Kohlenwasserstoffen. Mehr Kohlenstoffe bedeuten eine größere Oberfläche für hydrophobe Wechselwirkung und damit höhere Siedepunkte.

Wie zu erwarten, spiegelt sich die Stärke der intermolekularen Wasserstoffbindung und der Dipol-Dipol-Wechselwirkungen in höheren Siedepunkten wider. Schauen Sie sich nur den Trend für Hexan (nur unpolare Wasserstoffdispersionswechselwirkungen), 3-Hexanon (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen) und 3-Hexanol (Wasserstoffbindung) an.

Von besonderem Interesse für Biologen (und so ziemlich alles andere, was im Universum lebt) ist der Effekt der Wasserstoffbindung in Wasser. Da es in der Lage ist, enge Netzwerke intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, verbleibt Wasser bei Temperaturen bis zu 100 OC in der flüssigen Phase (in großer Höhe etwas niedriger). Die Welt wäre offensichtlich ein ganz anderer Ort, wenn Wasser bei 30 OC kochen würde.

Übung

1. Basierend auf ihren Strukturen, Rang Phenol, Benzol, Benzaldehyd, und Benzoesäure in Bezug auf den niedrigsten bis höchsten Siedepunkt.

Lösung

Wenn wir über nichtkovalente intermolekulare Wechselwirkungen nachdenken, können wir auch relative Schmelzpunkte vorhersagen. Es gelten die gleichen Prinzipien: Stärkere intermolekulare Wechselwirkungen führen zu einem höheren Schmelzpunkt. Ionische Verbindungen haben erwartungsgemäß aufgrund der Stärke der Ionen-Ionen-Wechselwirkungen normalerweise sehr hohe Schmelzpunkte (es gibt jedoch einige ionische Verbindungen, die bei Raumtemperatur flüssig sind). Die Anwesenheit von polaren und insbesondere wasserstoffbindenden Gruppen an organischen Verbindungen führt im Allgemeinen zu höheren Schmelzpunkten. Die Molekülform und die Fähigkeit eines Moleküls, sich fest in ein Kristallgitter zu packen, haben einen sehr großen Einfluss auf die Schmelzpunkte. Die flache Form von aromatischen Verbindungen wie Naptalin und Biphenyl ermöglicht es ihnen, effizient miteinander zu stapeln, und daher neigen Aromaten dazu, höhere Schmelzpunkte im Vergleich zu Alkanen oder Alkenen mit ähnlichen Molekulargewichten zu haben.

Wenn Sie die Schmelzpunkte von Benzol und Toluol vergleichen, können Sie sehen, dass die zusätzliche Methylgruppe auf Toluol die Stapelfähigkeit des Moleküls stört und somit die kumulative Stärke der intermolekularen London-Dispersionskräfte verringert.

Wenn Sie an einem organischen Laborkurs teilnehmen, haben Sie möglicherweise bereits gelernt, dass Verunreinigungen in einer kristallinen Substanz dazu führen, dass der beobachtete Schmelzpunkt im Vergleich zu einer reinen Probe derselben Substanz niedriger ist. Dies liegt daran, dass Verunreinigungen die geordnete Packungsanordnung des Kristalls stören und die kumulativen intermolekularen Wechselwirkungen schwächer machen.