¿Qué determina químicamente (o incluso matemáticamente, si es posible) el punto de fusión y ebullición de una sustancia?

Cuando una sustancia hierve, eso significa que sus moléculas han ganado suficiente energía para que puedan rebotar libremente. Piense en ellos como pequeños cohetes que necesitan suficiente combustible para alcanzar la velocidad de escape y escapar del tirón gravitacional de la Tierra. Cualquier cosa que interfiera con las moléculas que obtienen suficiente energía afectará el punto de ebullición. Hay dos cosas:

  1. Peso molecular. Esta no es una regla infalible, pero en general, cuanto más grande es una molécula, más energía necesitará para llevarla a un punto donde pueda escapar a la atmósfera. Piensa en cómo en tu día a día, se requiere una fuerza mayor para acelerar una masa más grande que una masa más pequeña. Sin embargo, el peso es un factor muy, muy pequeño.
  2. Interacciones moleculares. Este es el factor más importante. Si las moléculas de la sustancia hirviendo se atraen fuertemente entre sí, intentarán mantenerse juntas, en lugar de evaporarse en el aire. Por ejemplo, la sal es un cristal compuesto por átomos de sodio y cloro que se atraen fuertemente entre sí. Para que la sal hierva, debe agregar suficiente energía para que la velocidad de los átomos de sodio y cloro sea tan alta que puedan superar su atracción mutua y evaporarse.
  3. Presión. Cuando hay menos presión de aire, por ejemplo, a medida que aumenta la elevación, el punto de ebullición cae. Un huevo hervido en agua en Denver, la ciudad de una milla de altura, será menos sabroso que un huevo hervido al nivel del mar, ya que el huevo en Denver fue hervido en agua más fría.

Es poco probable que sepa cuál es el punto de ebullición de una sustancia con solo conocer la fórmula química, pero puede adivinar si estará en el extremo superior o en el extremo inferior al observar el peso molecular y la distribución de las cargas. . Por ejemplo, el agua tiene un punto de ebullición más alto que el helio porque no es una molécula simétrica. Algunos bits tienen carga positiva y otros bits tienen carga negativa. Cuando una molécula de agua se encuentra con otra, la parte negativa de una molécula de agua se sentirá atraída por la parte positiva de la segunda y se unirán débilmente. Helium, por otro lado, es un chico aburrido y simétrico. Los átomos de helio no interactúan y no se retendrán entre sí, por lo que solo se necesita una temperatura baja para hervirlos.

Debo agregar que algunas sustancias simplemente no tienen un punto de ebullición. Por ejemplo, el azúcar probablemente estallará en fuego en lugar de hervir, ya que la adición de calor comenzará a romper las moléculas de azúcar en lugar de lanzarlas a la atmósfera. Cualquier adición a la atmósfera es más probable que sea agua y dióxido de carbono que el azúcar inhalable.

Para agregar a la respuesta de John Coupland: El punto de ebullición se alcanza cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica. A esa temperatura, el calor proporciona suficiente energía potencial para que las fuerzas intermoleculares entre las moléculas líquidas se debiliten hasta el punto de que sus fuerzas de atracción entre sí son tan pequeñas que las moléculas pueden escapar a la atmósfera como un gas / vapor.

El punto de fusión se alcanza cuando las moléculas del sólido se calientan a una temperatura a la que ganan suficiente energía potencial para crear vibraciones que son lo suficientemente fuertes como para debilitar las fuerzas intermoleculares entre las moléculas. A esa temperatura, las moléculas pierden su fuerte agarre entre sí y se convierten en un líquido.

El punto de fusión es la temperatura cuando la energía libre del estado líquido es igual a la del sólido. La ebullición es cuando el gas es igual a líquido. Para calcularlo, debe conocer los cambios en el enlace intermolecular y la entropía asociados con la transición de fase.

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