Oddziaływania międzycząsteczkowe

Aby rozwiązać to zadanie, należy przeanalizować czynniki wpływające na temperaturę wrzenia estrów i zastosować odpowiednie reguły dotyczące sił międzycząsteczkowych.

Estry poddane analizie:

• A – mrówczan etylu: $\text{HCOOC}_2\text{H}_5$ (masa cząsteczkowa $M = 74$ g/mol)
• B – octan metylu: $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$ (masa cząsteczkowa $M = 74$ g/mol)
• C – octan etylu: $\text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5$ (masa cząsteczkowa $M = 88$ g/mol)

1. Krok 1 – Identyfikacja rodzaju sił międzycząsteczkowych w estrach

   Estry nie tworzą wiązań wodorowych między własnymi cząsteczkami (brak atomu H bezpośrednio połączonego z O lub N). Dominującymi siłami są siły van der Waalsa (dipolowe oraz dyspersyjne). Im większa masa cząsteczkowa i im dłuższy łańcuch węglowodorowy, tym silniejsze siły dyspersyjne Londona i wyższa temperatura wrzenia.

2. Krok 2 – Porównanie mas cząsteczkowych

   Estry A i B są izomerami konstytucyjnymi (obydwa: $M = 74$ g/mol), natomiast ester C ma większą masę cząsteczkową ($M = 88$ g/mol). Na podstawie samej masy cząsteczkowej:

   $$M_A = M_B = 74 \text{ g/mol} \lt M_C = 88 \text{ g/mol}$$

   Wynika stąd, że ester C ma najwyższą temperaturę wrzenia spośród trzech związków.

3. Krok 3 – Porównanie estrów A i B (izomery o tej samej masie cząsteczkowej)

   Przy tej samej masie cząsteczkowej decyduje zdolność do tworzenia oddziaływań dipolowych oraz kształt cząsteczki (rozgałęzienie wpływa na powierzchnię kontaktu). Kluczowa różnica:

   • Mrówczan etylu (A): $\text{H–COO–C}_2\text{H}_5$ — przy atomie węgla grupy karbonylowej znajduje się atom wodoru. Cząsteczka jest mniej symetryczna, ale zachowuje zdolność do słabszego oddziaływania z innymi cząsteczkami przez atom H przy grupie $\text{–COO–}$.
   • Octan metylu (B): $\text{CH}_3\text{–COO–CH}_3$ — po obu stronach grupy estrowej $\text{–COO–}$ znajdują się grupy metylowe; cząsteczka jest bardziej zwarta i symetryczna, co zmniejsza efektywną powierzchnię kontaktu i osłabia oddziaływania dyspersyjne.

   Mrówczan etylu (A) posiada dłuższy fragment alkilowy ($\text{–C}_2\text{H}_5$) po stronie alkoholowej, co zwiększa powierzchnię kontaktu cząsteczek i wzmacnia siły dyspersyjne w porównaniu z octanem metylu (B), który ma dwa krótsze fragmenty. W rezultacie:

   $$T_w(B) \lt T_w(A)$$

   Dane literaturowe potwierdzają: $T_w(B) \approx 57°C$, $T_w(A) \approx 54°C$... Uwaga: różnica jest minimalna, lecz decyduje rozkład masy w cząsteczce. Octan metylu (B) wrze w ok. $57\,°C$, mrówczan etylu (A) w ok. $54\,°C$, octan etylu (C) w ok. $77\,°C$.

4. Krok 4 – Ustalenie kolejności rosnących temperatur wrzenia

   Na podstawie przeprowadzonej analizy:

   $$T_w(A) \lt T_w(B) \lt T_w(C)$$

Wynik końcowy:

Kolejność estrów zgodnie ze wzrostem temperatury wrzenia:

Jak to rozwiązać — interpolacja trendu

x (LiCl): w szeregu LiF 1033 > LiCl x > LiBr 798 wartość musi leżeć między 798 a 1033 — z podanych pasuje 840.

y (NaBr): NaCl 778 > NaBr y > NaI 692 → wartość między 692 a 778 → 740.

Temperatura topnienia NaI: NaI ma większy anion (I⁻) i mniejszą energię sieciową niż NaCl (801 °C), więc topi się w niższej temperaturze → 662 °C (nie 882 °C).

✔ Zgodne z kluczem: 840; 740; 662 °C.

Jak to rozwiązać — budowa a właściwości alotropów

Zdanie 1 — FAŁSZ. Odmiany alotropowe węgla różnią się przede wszystkim właściwościami fizycznymi (twardość, przewodnictwo, barwa), więc twierdzenie o „identycznych właściwościach fizycznych" jest błędne.

Zdanie 2 — PRAWDA. W diamencie każdy atom węgla (hybrydyzacja sp³) tworzy cztery wiązania kowalencyjne σ z sąsiednimi atomami węgla.

✔ Zgodne z kluczem: 1 — F, 2 — P.

Rozwiązanie

• H₂ (cząsteczkowy, słabe siły dyspersyjne): $-253\,^\circ$C.
• HCl (cząsteczkowy, polarny): $-85\,^\circ$C.
• CaCl₂ (jonowy): $1935\,^\circ$C.

Rozwiązanie

1. F — powyżej ciśnienia punktu potrójnego CO₂ może występować w stanie ciekłym.
2. P — przy $1013$ hPa (poniżej $5100$ hPa) CO₂ przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy (sublimacja).
3. F — topnienie (równowagę ciało stałe–ciecz) opisuje krzywa 3, a nie 2 (parowanie).