Hogyan határozzuk meg a molekulák forráspont szerinti növekedését?

Először azt kell megnézni, hogy milyen másodrendű kölcsönhatás van a részecskék között. A diszperziós kölcsönhatásnál lesz a legalacsonyabb, a H-kötésnél a legmagasabb, a dipol-dipol meg a kettő között lesz (ugye a kötés erősségek miatt, erősebb kötés felszakításához több energia/hő kell). Ebben az példában a víz és az ammónia esetén H-kötés van, a nitrogénnél pedig diszperziós, tehát az már biztos, hogy a N2-nek lesz a legalacsonyabb, de a többit még el kell különíteni egy másik szempont alapján.

Ha a részecskék közötti kölcsönhatás azonos, akkor a részecskék moláris tömegét kell megvizsgálni. Amelyiknek kisebb a moláris tömege, annak lesz kisebb a forráspontja, amelyiknek nagyobb a moláris tömege, annak pedig a nagyobb. Ezt a példát így már meg lehet oldani, hiszen a maradék víz moláris tömege 18 g/mol, az ammóniáé pedig 17 g/mol, tehát a víz forráspontja lesz magasabb.

Szóval a helyes sorrend: N2<NH3<H2O

De előfordulhat olyan eset is, hogy a kölcsönhatás és a moláris tömeg is azonos, ilyenkor a részecske alakját kell megvizsgálni. A gömb alakúnak lesz a legkisebb, mivel a gömb alakzat esetén lesz a legkisebb a felszín és minél kisebb a felszín, annál kisebb mértékben érintkeznek az elektronfelkők, emiatt ebben az esetben tudnak a legkönnyebben kiszakadni a részecskék az adott fázisból. (Ha ilyet adnak, akkor azért érdemes függvénytábla alapján ellenőrizni a megoldásunkat.)

Illetve azt fontos megjegyezni, hogy ezek a szabályok csak akkor alkalmazhatóak, ha az összehasonlítandó részecskék molekularácsosak és a moláris tömegük egy nagyságrendbe esik.

Megpróbálom röviden elmagyarázni, de írásban nem túl egyszerű, ezeket le kéne rajzolni a szemléltetéshez.

Egy molekulában mindig van egy központi atom (aminek a legtöbb kötése van), amihez kapcsolódnak a ligandumok. A központi atomot A-val szoktuk jelölni, a ligandumokat X-szel.

Ugye egy molekulában az atomok mindig úgy próbálnak elhelyezkedni, hogy a kötő és nem kötő elektronpárok a térben minél távolabb helyezkedjenek el egymástól. A nem kötő elektronpár nagyobb térigényűek, mint a kötő, ezért ők torzítani fogják a molekula szerkezetet. Ezen kívül a központi atom mérete és a többszörös kötés is torzítani fog. Tehát a szerkezetek alapján 2 nagy csoportunk lesz: szimmetrikus és nem szimmetrikus.

Szimmetrikus molekulaszerkeretük van az elemmolekuláknak (pl N2, O2..), pár kivételes, különböző atomból felépülő kétatomos molekulának (pl CO, NO), illetve többatomos molekulák esetén ha a központi atomon nincs nem kötő elektronpár ÉS a ligandumok anyagi minősége megegyezik.

Szimmetrikus molekulák esetén az alábbi térszerkezetek vannak:

-AX2: lineáris, ahol a kötésszög 180° (pl CO2)

-AX3: síkháromszög, kötésszög 120° (pl BCl3, SO3)

-AX4: tetraérder, kötésszög 109,5° (pl CH4)

-AX5: trigonális bipiramis, kötésszög 90° és 120° fok (pl PCl5)

-AX6: oktaéder, kötésszög 90° (pl SF6)

Nem szimmetrikus molekulák esetén is ezekből fogunk kiindulni.

Nem szimmetrikus szerkezetűek azok a molekulák lesznek, amik esetén a központi atomon van nem kötő elektronpár VAGY különböző anyagi minőségű ligandumok kapcsolódnak a központi atomhoz. Ezeknek az "általános képletében" az E betű a nem kötő elektronpárt fogja jelenteni. Emelt érettségire az alábbiakat kell tudni:

-AX2E: V-alak, kötésszög 120°-nál kisebb (pl SO2)

-AX2E2: V-alak, kötésszög 109,5°-nál kisebb (pl H2O, H2S)

-AX3E: háromszög alapú piramis, kötésszög 109,5°-nál kisebb (pl NH3)

Ha ezeket megtanulod és a molekulákat fel tudod írni ilyen általános alakban, akkor már könnyen be tudod azonosítani, hogy milyen lesz a kötésszög, de igazából meg is lehet érteni a miértjét.

Mivel a nem kötő elektronpár térigénye nagy, ezért felfogható úgy, mintha az is egy ligandum lenne (nyilván nem az, de így könnyű megérteni). Tehát ha a SO2 (AX2E) példáját vesszük, akkor neki olyan, mintha 3 ligandumja lenne a nem kötő elektronpár miatt. A 3 ligandum szabályos szerkezet esetén síkháromszög alakzatot jelentene, ami ugye 120°. De itt most egy nem kötő elektronpár van az egyik ligandum helyett, aminek viszont nagyobb a térigénye, tehát tőle a kötő elektronpárok minél távolabb próbálnak meg elhelyezkedni, vagyis a 2 oxigén közötti optimális 120°-os kötésszög valamivel kisebb lesz.

A víz esetén is ez a helyzet. Ott a központi oxigénen 2 hidrogén és 2 nem kötő elektronpár van, vagyis olyan mintha 4 ligandumja lenne, ami tetraéderes szerkezetet jelentene, 109,5°-os kötésszöggel. De a nem kötő itt is torzít, ezért az optimális 109,5°-nál kisebb lesz a kötésszög.

Ez a módszer általában jól használható, de azért én azt tanácsolom, hogyha nem szabályos molekulának a kötésszögét kérdezik vizsgán, akkor a biztonság kedvéért érdemes a függvénytáblából ellenőrizni magadat, mert vannak becsapósak.

Remélem érthető volt, elég nehéz ezt a témát így elmagyarázni, az lenne az igazi ha az említett molekulákat le tudnám rajzolni. Szóval ha valami nem világos, akkor kérdezz nyugodtan.