نسخة الفيديو النصية
أي من الآتي يمثل الترتيب الصحيح لدرجات غليان الأحماض الكربوكسيلية بدءًا من الأقل إلى الأعلى؟ (أ) حمض الإيثانويك، حمض الميثانويك، حمض البروبانويك، حمض البيوتانويك. (ب) حمض البيوتانويك، حمض البروبانويك، حمض الإيثانويك، حمض الميثانويك. (ج) حمض الميثانويك، حمض البروبانويك، حمض البيوتانويك، حمض الإيثانويك. (د) حمض الميثانويك، حمض الإيثانويك، حمض البيوتانويك، حمض البروبانويك. (هـ) حمض الميثانويك، حمض الإيثانويك، حمض البروبانويك، حمض البيوتانويك.
أولًا، العاملان اللذان يؤثران على درجة غليان سائل هما الضغط المؤثر على السائل، والذي يعرف أيضًا باسم الضغط الخارجي؛ وأنواع القوى بين الجزيئية، التي تعرف بأنها قوى التجاذب أو التنافر بين الجزيئات. ولأن المعلومات الواردة في السؤال وخيارات الإجابة المعطاة لا تركز على الضغط الخارجي، وإنما على الأسماء الكيميائية للأحماض الكربوكسيلية، ومن ثم بنيتها الكيميائية، فسنركز على تحليل القوى بين الجزيئية لجزيئات الأحماض الكربوكسيلية المدرجة في خيارات الإجابة.
تذكر أن الأحماض الكربوكسيلية جزيئات عضوية تحتوي على مجموعة كربوكسيل باعتبارها مجموعة وظيفية مميزة موجودة في الجزيء، ومجموعة R تتغير بتغير الحمض الكربوكسيلي محل النقاش. وبالتمعن في الأسماء الكيميائية للأحماض الكربوكسيلية المذكورة في خيارات الإجابة، نجد أن اللاحقة «-ويك» تشير إلى أن كل مركب من المركبات الأربعة يحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة. وبالرجوع إلى قائمة البادئات المستخدمة في تسمية المركبات العضوية، سنلاحظ أن البادئات الأربع الأولى، وهي «ميثـ»، و«وإيثـ»، و«بروبـ»، و«بيوتـ»، تشير إلى سلاسل مكونة من ذرة وذرتين وثلاث ذرات وأربع ذرات كربون. وأخيرًا، يشير المقطع «ـانــ» في جميع المركبات الأربعة إلى أن الجزء الهيدروكربوني من الجزيء لا يحتوي إلا على روابط أحادية.
عند تحليل البنى الكيميائية لجزيئات الأحماض الكربوكسيلية هذه، نجد أن القوى بين الجزيئية الموجودة هي الروابط الهيدروجينية وقوى التشتت. والسؤال الذي علينا طرحه على أنفسنا هو: أي القوتين بين الجزيئيتين المذكورتين، إن لم تكن كلتاهما، يجب أن نركز عليها للإجابة عن هذا السؤال؟ قد يعتقد المرء أنه علينا التركيز على الروابط الهيدروجينية لأنها القوة بين الجزيئية الأقوى، ولا بد أن لها تأثيرًا أكبر على قدرة السائل على التبخر. ومع ذلك، فإن كل حمض من الأحماض الكربوكسيلية الأربعة المختلفة المذكورة يحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة. ومجموعة الكربوكسيل مسئولة عن الروابط الهيدروجينية الموجودة في الأحماض الكربوكسيلية.
وبما أن كل حمض من الأحماض الكربوكسيلية الأربعة يحتوي على العدد نفسه من مجموعات الكربوكسيل في بنيته الكيميائية، فهذا يعني أن التأثيرات الكلية لهذه القوة بين الجزيئية على درجات الغليان ستكون متشابهة بالنسبة إلى جميع الجزيئات المذكورة، ولن تساعد في تحديد ترتيب درجات غليانها في هذا السؤال. أما القوة بين الجزيئية المتبقية التي تظهرها جزيئات الأحماض الكربوكسيلية هذه، فتعرف بقوى التشتت. وإذا نظرنا إلى الصيغ البنائية الكلية لجزيئات الأحماض الكربوكسيلية الأربعة، فسنلاحظ أن الاختلاف الرئيسي بينها هو المجموعة R أو سلسلة الألكيل.
فيما يتعلق بقوى التشتت، كلما زاد حجم الجزيء، زاد عدد الإلكترونات المتاحة لتكوين ثنائيات أقطاب مؤقتة يجذب بعضها بعضًا، وزادت قوى التشتت بين الجزيئات. وعند تحليل الصيغ الهيكلية لحمض الميثانويك، وهو الحمض الكربوكسيلي الذي له أقصر سلسلة أو أصغر مجموعة R، ومقارنته بالحمض الكربوكسيلي الذي له أطول سلسلة، أو أكبر مجموعة R، وهو حمض البيوتانويك، نلاحظ أنه حينما يقترب من كل منهما جزئ حمض كربوكسيلي متطابق آخر فإن الجزيء ذا السلسلة الأطول والكتلة الجزيئية الأكبر سيحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات ويظهر قوى تشتت أقوى مقارنة بالجزيء ذي السلسلة الأقصر.
هذا لأنه في حالة زيادة عدد الإلكترونات وزيادة مساحة سطح الاتصال بين الجزيئات التي لها سلاسل أطول، تكون الشحنات الموجبة الجزئية والسالبة الجزئية أكبر، وستنتج قوى تجاذب أكبر أو قوى تشتت أقوى بين الجزيئات. وهذا سيتطلب مزيدًا من الطاقة لفصل هذه الجزيئات، وسيؤدي إلى ارتفاع درجة الغليان. استنادًا إلى هذا المنطق، يجب أن يحتوي خيار الإجابة الصحيح على الأحماض الكربوكسيلية مرتبة حسب زيادة طول السلسلة، ليتسنى لنا ترتيبها بحسب الزيادة في درجات الغليان.
إذا أردنا المقارنة بين طول سلسلة المجموعات R، فسنلاحظ ازدياد طول السلسلة تدريجيًّا من حمض الميثانويك إلى حمض الإيثانويك، ومن ثم يمكننا استبعاد خيارات الإجابة (أ) و(ب) و(ج)، ويزداد تدريجيًّا من حمض الإيثانويك إلى حمض البروبانويك، وأخيرًا يزداد من حمض البروبانويك إلى حمض البيوتانويك. وهذا يعني أن خيار الإجابة الصحيح هو (هـ).
