У хімічній науці існує безліч речовин, що володіють унікальними властивостями і особливостями. Однією з таких груп речовин є складні ефіри і кислоти. Цікаво, що температура кипіння складних ефірів виявляється нижче, ніж у відповідних їм кислот.
Щоб зрозуміти, чому це відбувається, необхідно згадати деякі основи про будову цих речовин. Складні ефіри складаються з органічного радикала та одного або декількох органічних кислотних залишків. Як правило, ці залишки містять кисневі атоми.
З точки зору молекулярної структури, молекули кислот, як правило, більш полярні, ніж молекули ефіру. Це пов'язано з наявністю електронегативного атома водню в карбоновій групі кислоти. Така полярність молекул кислот призводить до сильніших міжмолекулярних сил взаємодії, що вимагає більше енергії для руйнування і, відповідно, кипіння речовини.
Поняття температури кипіння
Температура кипіння залежить від різних факторів, включаючи масу та форму молекул речовини, міжмолекулярні взаємодії та тиск навколишнього середовища.
Для складних ефірів, таких як карбонові та ефірні групи, температура кипіння зазвичай нижча, ніж для кислот. Це пов'язано з тим, що в молекулах ефірів відсутні позитивні іони водню, які здатні створювати сильні взаємодії між молекулами і підвищувати температуру кипіння. Замість цього, складні ефіри мають слабкі взаємодії, що призводить до більш низькій температурі кипіння.
Температура кипіння може використовуватися як один з показників хімічної стабільності речовини. Низька температура кипіння ефірів може бути корисною при їх використанні в різних промислових та наукових процесах, таких як синтез органічних сполук або використання як розчинників.
Різниця в будові молекул
Молекули ефірів містять залишок органічної кисневмісної сполуки-карбонову кислоту, пов'язану із залишком спирту. Карбонова кислота є позитивним залишком в ефірі, і органічні ефіри можуть містити різні групи карбонових кислот, такі як ацетати, формати та інші. Карбонові кислоти мають властивість творити водневі зв'язки з молекулами води, що призводить до підвищення температури кипіння ефіру.
У свою чергу, кислоти складаються з карбоксильної групи (-COOH), яка приєднана до вуглецевого атома. Ця група утворює поларний зв'язок і є основною причиною підвищеної температури кипіння кислот. Крім того, кислоти можуть утворювати водневі зв'язки, що також сприяє підвищенню їх температури кипіння.
Таким чином, різниця в будові молекул складних ефірів і кислот призводить до різниці в їх температурі кипіння. Молекули кислот, що містять карбоксильну групу, утворюють більш сильні міжмолекулярні зв'язки, що ускладнює процес випаровування і підвищує температуру кипіння. Молекули ефірів, що містять карбонову кислоту, мають менш міцні зв'язки, а отже, їх температура кипіння нижча.
Міжмолекулярні взаємодії
Температура кипіння складних ефірів зазвичай нижче, ніж у кислот, через відмінності в міжмолекулярних взаємодіях між цими сполуками. Міжмолекулярні сили взаємодії виникають внаслідок взаємодії зарядів, диполів та неполярних молекул речовини.
Молекули ефірів володіють слабким дипольним моментом, тому їх взаємодія на основі дисперсійних сил Лондона (слабких моментальних диполів) між молекулами виявляється недостатньо сильним. Внаслідок цього, ефіри мають більш низьку температуру кипіння в порівнянні з кислотами, у яких молекули здатні утворювати сильні водневі зв'язки, що проводяться жорстко орієнтованими Донор-акцепторними парними взаємодіями, що призводять до більш високої енергетичної структури і більш складної кристалічної сітці твердого стану.
Крім того, міжмолекулярні взаємодії можуть впливати на структуру та динаміку системи, що також може відігравати роль у визначенні температури кипіння ефірів та їх властивостей.