מדוע נקודת הרתיחה עולה כאשר הרדיוס האטומי עולה בהלוגנים?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• ההלוגנים
• כוחות הפיזור של ואן דר וואלס
• רדיוסים אטומיים ומסה אטומית
• ההשפעה על נקודת הרתיחה

ההלוגנים כוללים, פלואור, כלור, ברום, יוד ואסטטין. בטמפרטורת החדר, ההלוגנים הקלים יותר הם גזים, הברום הנו נוזל וההלוגנים הכבדים יותר הם מוצקים, המשקפים את טווח נקודות הרתיחה שנמצאים בקבוצה. נקודת הרתיחה של פלואור היא -188 מעלות צלזיוס (-306 מעלות פרנהייט), ואילו נקודת הרתיחה של יוד היא 184 מעלות צלזיוס (363 מעלות פרנהייט), הבדל שכמו רדיוס אטומי, קשור למסה אטומית גבוהה יותר.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

להלוגנים כבדים יותר יש אלקטרונים בקליפות הערך שלהם. זה יכול להפוך את כוחותיו של ואן דר וואללס לחזקים יותר, ומגדילים מעט את נקודת הרתיחה.

ההלוגנים

ההלוגנים הם חברים במה שנקרא קבוצה 17 בטבלה המחזורית, הנקראים מכיוון שהם מייצגים את הטור השבע עשרה משמאל. ההלוגנים כולם קיימים כמולקולות דיאטומיות בטבע. במילים אחרות, הם קיימים כשני אטומים מחוברים של היסוד. הלוגנים מגיבים עם מתכות ליצירת הלידים והם חומרים מחמצנים, בעיקר פלואור, המהווה את האלמנט האלקטרוניטיבי ביותר. הלוגנים קלים יותר אלקטרוניים, בהירים יותר בצבע, ויש להם נקודות התכה ורתיחה נמוכות יותר מאשר הלוגנים כבדים יותר.

כוחות הפיזור של ואן דר וואלס

הכוחות המחזיקים את מולקולות ההלוגנים יחד נקראים כוחות פיזור ואן דר וואלס. אלה הם כוחות המשיכה הבין מולקולרית שיש להתגבר על כך שהלוגנים נוזליים יגיעו לנקודות הרתיחה שלהם. אלקטרונים נעים באופן אקראי סביב גרעין האטום. בכל עת יתכנו יותר אלקטרונים בצד אחד של המולקולה ויוצרים מטען שלילי זמני בצד זה ומטען חיובי זמני בצד השני - דיפול מיידי. הקטבים השליליים והחיוביים הזמניים של מולקולות שונות מושכים זה את זה, וסכום הכוחות הזמניים מביא לכוח בין-מולקולרי חלש.

רדיוסים אטומיים ומסה אטומית

רדיוסים אטומיים נוטים להצטמצם ככל שמתקדמים משמאל לימין לאורך הטבלה המחזורית וגדולים ככל שמתקדמים במורד הטבלה המחזורית. הלוגנים כולם חלק מאותה קבוצה. עם זאת, כשעוברים לאורך הטבלה המחזורית, ההלוגנים עם המספר האטומי הגדול יותר הם כבדים יותר, יש להם רדיוסים אטומיים גדולים יותר ויש להם יותר פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. רדיוס אטומי אינו משפיע על נקודת הרתיחה, אך שניהם מושפעים מכמות האלקטרונים הקשורים להלוגנים הכבדים יותר.

ההשפעה על נקודת הרתיחה

להלוגנים הכבדים יותר יש אלקטרונים בקליפות הערך שלהם, מה שמייצר יותר הזדמנויות לחוסר האיזון הזמני שיוצר כוחות של ואן דר וואלס.עם הזדמנויות רבות יותר ליצור דיפולים מיידיים, הדיפולנים מתרחשים בתדירות גבוהה יותר, מה שהופך את כוחות ואן דר וואללס לחזקים יותר בין מולקולות ההלוגנים הכבדים יותר. דרוש יותר חום כדי להתגבר על הכוחות החזקים הללו, כלומר שנקודות הרתיחה גבוהות יותר עבור הלוגנים כבדים יותר. כוחות הפיזור של ואן דר וואלס הם הכוחות הבין-מולקולריים החלשים ביותר, כך שנקודות הרתיחה של ההלוגנים כקבוצה בדרך כלל נמוכות.