نسخة الفيديو النصية
أي الجزيئات الآتية له أقل درجة غليان على الأرجح؟ أ: 1-بيوتانول، C4H10O، ب: حمض البيوتانويك، C4H8O2، ج:4،1-بيوتانديول، C4H10O2، د: بروبانوات الميثيل، C4H8O2.
سنبدأ بمناقشة كيفية تأثير القوى بين الجزيئية على درجات غليان الجزيئات. القوى بين الجزيئية هي قوى الجذب أو التنافر بين الذرات أو الأيونات أو الجزيئات المتجاورة. النمط العام الذي يربط بين القوى بين الجزيئات ودرجة غليانها هو أنه كلما زادت قوى الجذب بين الجزيئات، مالت درجة الغليان إلى الزيادة أيضًا. للإجابة عن هذا السؤال، ينبغي لنا فهم قوى فان دير فالس، وقوى ثنائيات الأقطاب، وقوى الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات.
سنتناول أولًا قوى فان دير فالس، وهي التفاعلات الكهروستاتيكية بين ثنائيات الأقطاب المستحثة مؤقتًا. تحدث قوى فان دير فالس في جميع الذرات والجزيئات نتيجة للحركة العشوائية للإلكترونات. بسبب ثنائيات الأقطاب الصغيرة نسبيًّا والمؤقتة التي تستحث، تكون أيضًا قوى فان دير فالس أضعف القوى بين الجزيئات.
قوى ثنائيات الأقطاب قوى جذب بين الطرف الموجب لرابطة قطبية واحدة أو جزيء، والطرف السالب لرابطة قطبية أو جزيء مختلف. تحدث القوى بين الجزيئية لثنائيات الأقطاب بين الجزيئات ذات الروابط القطبية. بسبب قوة القطبية للروابط القطبية، تكون تداخلات ثنائيات الأقطاب أقوى من قوى فان دير فالس.
أما الرابطة الهيدروجينية، فتداخل لثنائيات الأقطاب يوجد بين ذرات الهيدروجين المترابطة تساهميًّا وأزواج الإلكترونات الحرة على الذرات الشديدة السالبية الكهربية. تحدث الرابطة الهيدروجينية في أغلب الأحيان في الجزيئات التي تحتوي على مجموعات الكحول أو الأمينات أو الأحماض الكربوكسيلية أو الأميدات الوظيفية. تعد الرابطة الهيدروجينية هي الأقوى بين هذه القوى بين الجزيئية الثلاث. يرجع ذلك إلى ارتفاع قطبية الرابطة التي تتكون عندما تكون ذرة ذات سالبية كهربية قوية رابطة تساهمية مع ذرة هيدروجين، وهي إحدى أقل الذرات سالبية كهربية.
في الوقت الحالي، يجب أن نكون قادرين على استخدام هذه المعلومات لتحليل كل خيار من الخيارات الموجودة في السؤال. عند تقييم بنية الخيار أ: 1-بيوتانول، نعلم أن جميع الجزيئات تتعرض لقوى فان دير فالس. نعلم أيضًا أنه بسبب قطبية الروابط الأحادية بين الكربون والأكسجين، والأكسجين والهيدروجين، ستكون هناك تداخلات ثنائيات الأقطاب بين الجزيئات. وأخيرًا، بما أن هناك زوجًا من الإلكترونات غير المترابطة في ذرة الأكسجين، وبما أن هناك رابطة تساهمية بين ذرة الأكسجين ذات السالبية الكهربية القوية والهيدروجين، فستكون هناك أيضًا رابطة هيدروجينية بين الجزيئات.
بعد ذلك، بالنظر إلى بنية حمض البيوتانويك، نعلم أن جميع الجزيئات تتعرض لقوى فان دير فالس. نعلم أيضًا أن ذرات الأكسجين ذات السالبية الكهربية القوية تكون روابط قطبية مع الكربون والهيدروجين. وأخيرًا، مع وجود رابطة بين الأكسجين والهيدروجين، بالإضافة إلى وجود عدة ذرات أكسجين تحتوي على أزواج الإلكترونات الحرة، نعلم أن الرابطة الهيدروجينية ستحدث أيضًا في حمض البيوتانويك.
في الخيار ج: 4،1-بيوتانديول، نعلم أنه ستكون هناك قوى فان دير فالس، وتداخلات ثنائيات الأقطاب، بسبب وجود روابط متعددة بين الأكسجين والهيدروجين، والأكسجين والكربون، وروابط هيدروجينية ناتجة عن وجود زوج الإلكترونات الحر للأكسجين وروابط الأكسجين والهيدروجين.
وأخيرًا، في بروبانوات الميثيل، لدينا قوى فان دير فالس، وقوى بين جزيئية لثنائيات الأقطاب، بسبب روابط الأكسجين والكربون. لكن في بروبانوات الميثيل، ترتبط جميع ذرات الأكسجين بالكربون. لكن بما أنه لا توجد روابط بين الأكسجين والهيدروجين، فلا يمكن أن تحدث رابطة هيدروجينية بين جزيئات بروبانوات الميثيل.
وكما ذكرنا من قبل، الرابطة الهيدروجينية هي الأقوى بين هذه القوى بين الجزيئية الثلاث. نعلم أيضًا أن هناك نمطًا يوضح أنه كلما زادت القوى بين الجزيئية، مالت درجة الغليان إلى الزيادة. يمكننا القول أيضًا بأن العكس هو الصحيح. عند انخفاض القوى بين الجزيئية، تقل درجة الغليان. والآن، نحن مستعدون للإجابة عن السؤال.
أي الجزيئات الآتية له أقل درجة غليان على الأرجح؟ بما أن جزيئات بروبانوات الميثيل غير قادرة على تكوين روابط هيدروجينية بعضها مع بعض، فإننا نعلم أن الإجابة الصحيحة هي الخيار د؛ لأنها تتضمن أضعف القوى بين الجزيئية؛ ومن ثم فلها على الأرجح أقل درجة غليان.
