SO SÁNH NHIỆT ĐỘ SÔI CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
.I. Nhiệt độ sôi
.1. Định nghĩa: Nhiệt độ sôi của các hợp chất hữu cơ là nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hòa trên bề mặt chất lỏng bằng áp suất khí quyển.
.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của các hợp chất hữu cơ.
Có 2 yếu tố ảnh hưởng đên nhiệt độ sôi là khối lượng phân tử của HCHC và liên kết hiđro của HCHC
.3. Tính chất:
-Nếu hợp chất hữu cơ đều không có liên kết hiđro thì chất nào có khối lượng phân tử lớn hơn thì nhiệt độ sôi cao hơn.
– Nếu các hợp chất hữu cơ có cùng nhóm chức thì chất nào có khối lượng phân tử lớn hơn thì nhiệt độ sôi cao hơn. CH3OH < CH3CH2OH < CH3CH2CH2OH
– Chất có liên kết hiđro thì có nhiệt độ sôi cao hơn chất không có liên kết hiđro.
– Nếu các HCHC có các nhóm chức khác nhau thì chất nào có độ linh động của nguyên tử Hydro lớn hơn thì có nhiệt độ sôi cao hơn nhưng 2 hợp chất phải có khối lượng phân tử xấp xỉ nhau.
Dãy sắp sếp giảm dần nhiệt độ sôi là
Axit > H2O> ancol > amin > este > xeton > anđehit > dẫn xuất halogen > ete > CxHy
Chất không tạo liên kết hidro với nươc là andehit , xeton, este, các hđrocacbon
– Liên kết hiđro càng bền, nhiệt độ sôi càng cao
VD: CH3COOH > C2H5OH > C2H5NH2
– Hợp chất có liên kết hiđro liên phân tử có nhiệt độ sôi cao hơn hợp chất có liên kết hiđro nội phân tử.
+Liên kết hiđro nội phân tử : Là liên kết hiđro ngay bên trong phân tử đó. Để có liên kết hiđro nội phân tử thì trong hợp chất phải chứa ít nhất hai nhóm chức trở lên và khi tạo thành liên kết hiđro phải tạo được vòng 5 hoặc 6 cạnh.
+ Liên kết hiđro ngoại phân tử: Là liên kết hiđro giữa phân tử này và phân tử kia.
-Các hợp chất có liên kết ion thì nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy cao hơn hợp chất có liên kết cộng hóa trị. VD: HCOONa > HCOOH
– Các muối của kim loại chứa liên kết ion có nhiệt độ sôi cao hơn các axit tương ứng tạo ra muối đó.
– Các chất có phân tử khối càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao.
Ví dụ: Khối lượng phân tử lớn nhiệt độ sôi lớn hơn: CH3COOH > HCOOH
– Phân tử càng phân nhánh thì nhiệt độ sôi càng thấp hơn phân tử mạch không phân nhánh.
Giải thích: Theo cơ sở lí thuyết về sức căng mặt ngoài thì phân tử càng co tròn thì sức căng mặt ngoài càng thấp -> phân tử càng dễ bứt ra khỏi bề mặt chất lỏng -> càng dễ bay hơi -> nhiệt độ sôi càng thấp.
Ví dụ: C3H7OH và CH3CH[OH]CH3 thì dựa vào hình dạng cấu tạo phân tử. CH3CH[OH]CH3 là dạng nhánh, chính vì vậy nên sẽ co tròn hơn và nhiệt độ sôi sẽ thấp hơn.
Tóm lại: Với các chất có liên kết cộng hóa trị, nhiệt độ sôi phụ thuộc vào các yếu tố
Liên kết hiđro, độ phân cực phân tử, khối lượng phân tử, hình dạng phân tử
.II. Liên kết Hidro
.1. Định nghĩa:
Liên kết hiđro là lực hút tĩnh điện yếu giữa phần tử hiđro mang điện tích dương với phần tử mang điện tích âm, thường là cặp electron tự do của nguyên tố có độ âm điện lớn như [F, O, N, Cl , S..]
2. Một số đặc điểm về liên kết hiđro.
.a. Điều kiện cần để có liên kết hydro:
Trong hợp chất phải chứa nguyên tử hydro
.b. Điều kiện đủ để có liên kết hydro:
Hydro phải liên kết trực tiếp với nguyên tố có độ âm điện lớn và trên nguyên tố có độ âm điện lớn đó phải có cặp electron tự do.
Ví dụ: Cho các hợp chất H2O, NH3 , CH4 , HCHO, CH3COONH4.
CH4 và HCHO không có liên kết hiđro vì hydro không liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn, còn CH3COONH4 tuy có hydro liên kết với N nhưng trên N không còn cặp electron tự do nữa, chỉ có H2O, NH3 có liên kết hiđro.
.c. Kết luận:
– Các axit, rượu, phenol, Aminoaxit, amin bậc một, amin bậc hai, H2O đều có liên kết hiđro.
– Các Hiđrocacbon, andehit, dẫn xuất halogen, ete, este, không tạo được liên kết hiđro.
.d. Kí hiệu về liên kết hydro: Người ta thường kí hiệu liên kết hiđro bằng dấu ba chấm […]
– Các chất có lực liên kết hidro càng lớn thì nhiệt độ sôi càng lớn.
Ví dụ: nhiệt độ sôi CH3COOH > CH3CH2OH
– Cách so sánh nhiệt lực liên kết Hidro giữa các chất:
Đối với các nhóm chức khác nhau:
-COOH > -OH > -COO- > -CHO > -CO-
[axit] [ancol] [este] [andehit] [ete]
[phenol]
Ví dụ: nhiệt độ sôi của ancol sẽ lớn hơn este: CH3CH2OH > CH3COOC2H5
* Lưu ý: Trong chương trình phổ thông chỉ xét liên kết Hidro giữa phân tử H [mang điện tích dương +] và phân tử O [mang điện tích âm -].
– Đối với các chất cùng nhóm chức: Đối với các chất có cùng nhóm chức, gốc R- liên kết với nhóm chức ảnh hưởng đến lực liên kết Hidro.
+ Gốc R- là gốc hút electron sẽ làm cho lực liên kết Hidro tăng lên
-CN>-NO2>-F>-Cl>-Br>CH3O->C6H5->CH2=CH->-H
+ Gốc R- là gốc đẩy electron làm giảm lực liên kết Hidro
-C[CH3]3>-CH[CH3]2>-CH2-CH3>-CH3>H
Ví dụ: Gốc C2H5– là gốc đẩy nên sẽ làm lực liên kết giảm so với gốc CH2=CH- có vai trò hút electron.
Nhiệt độ sôi: CH2=CH-COOH > C2H5COOH
Lưu ý cần nhớ
– Đồng phân Cis có nhiệt đô sôi cao hơn Trans [do lực monet lưỡng cực].
– Axit > ancol > amin > este > xeton > anđehit > dẫn xuất halogen > ete > CxHy
– Nếu có H2O: t[H2O] = 100oC > ancol có 3 nguyên tử C và < ancol có từ 4C trở lên
– Nếu có phenol: phenol > ancol có 7C trở xuống và axit có ≤ 4C
.III. Nguyên tắc so sánh nhiệt độ sôi
Nguyên tắc 1: Hai hợp chất có cùng khối lượng hoặc khối lượng xấp xỉ nhau thì hợp chất nào có liên kết hiđro bền hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn.
Nguyên tắc 2: Hai hợp chất cùng kiểu liên kết hiđro, hợp chất nào có khối lượng lớn hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn.
Nguyên tắc 3: Hai hợp chất là đồng phân của nhau thì đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao hơn đồng phân trans.[giải thích: Đó là do mô men lưỡng cực.Đồng phân cis mô men lưỡng cực khác 0, đồng phân trans có mô men lưỡng cực bằng 0 hoặc bé thua mô men lưỡng cực của đồng phân cis.
Nguyên tắc 4: Hai hợp chất là đồng phân của nhau thì hợp chất nào có diện tích tiếp xúc phân tử lớn hơn sẽ có nhiệt độ cao hơn hơn.
Nguyên tắc 5: Hai hợp chất có khối lượng bằng nhau hoặc xấp xỉ nhau, hợp chất nào có liên kết ion sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn.
Nguyên tắc 6: Hai hợp chất hữu cơ đều không có liên kết hiđro, có khối lượng xấp xỉ nhau thì hợp chất nào có tính phân cực hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn.
.IV. Phương pháp giải bài tập
Bước 1. Phân loại là chất liên kết ion hay cộng hóa trị
Đối với các chất liên kết cộng hóa trị thực hiện các bước tiếp theo sau:
Bước 2: Phân loại các chất có liên kết Hidro và các chất không có liên kết hydrro
Bước 3: So sánh giữa các chất trong cùng 1 nhóm.
– Nhóm có liên kết Hidro sẽ phân thành các nhóm có cùng nhóm chức, dựa theo quy tắc lực liên kết Hidro giữa các chất để xác định nhóm nào có nhiệt độ sôi thấp, cao hơn.
– Trong cùng nhóm chức không có lực liên kết Hidro thì dựa vào khối lượng, hình dạng phân tử để so sánh nhiệt độ sôi.
Bước 4: Kết luận
Ví dụ: Cho các chất sau:C2H5OH [1], C3H7OH [2], CH3CH[OH]CH3 [3], C2H5Cl [4], CH3COOH [5], CH3-O-CH3[6].Các chất được sắp xếp theo chiều nhiệt độ sôi tăng dần là:
– Đầu tiên, ta sẽ phân nhóm các chất trên thành 2 nhóm bao gồm:
Nhóm 1: Có liên kết hydro: C2H5OH, C3H7OH, CH3CH[OH]CH3, CH3COOH
Nhóm 2: Không có liên kết hydro: C2H5Cl, CH3-O-CH3
– Sau đó, ta sẽ phân loại trong từng nhóm:
– Tiếp theo ta chia nhóm 1 thành các nhóm chức khác nhau
Nhóm 1:
Chức -COOH: CH3COOH
Chức –OH: C2H5OH, C3H7OH, CH3CH[OH]CH3
Trong nhóm chức –OH:
+ Do cùng nhóm chức nên đầu tiên ta sẽ xét khối lượng C2H5OH sẽ có khối lượng bé hơn C3H7OH.
+ Đối với 2 chất có cùng công thức là: C3H7OH và CH3CH[OH]CH3 thì dựa vào hình dạng cấu tạo phân tử. CH3CH[OH]CH3 là dạng nhánh, chính vì vậy nên sẽ co tròn hơn và nhiệt độ sôi sẽ thấp hơn.
Nhóm 2: C2H5Cl là dẫn xuất halogen nên sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn CH3-O-CH3
Kết luận: CH3-O-CH3