Aşağıdaki maddelerin kaynama noktalarının karşılaştırılması hangi seçenekte doğru verilmiştir?
I. $CH_3OH$ (Metanol)
II. $CH_3Cl$ (Klorometan)
III. $CH_4$ (Metan)
($_1H$, $_6C$, $_8O$, $_{17}Cl$; Atom kütleleri: $C:12$, $H:1$, $O:16$, $Cl:35.5$)
A) $I > II > III$
B) $III > II > I$
C) $I > III > II$
D) $II > I > III$
E) $III > I > II$
Merhaba sevgili öğrenciler! Bu soruda, farklı moleküllerin kaynama noktalarını karşılaştırmamız isteniyor. Kaynama noktası, bir sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklıktır ve moleküller arası çekim kuvvetlerinin (IMFs) gücüyle doğrudan ilişkilidir. Moleküller arası çekim kuvvetleri ne kadar güçlüyse, molekülleri birbirinden ayırmak için o kadar fazla enerji gerekir ve dolayısıyla kaynama noktası o kadar yüksek olur.
Şimdi her bir maddeyi tek tek inceleyelim ve moleküller arası çekim kuvvetlerini belirleyelim:
- I. $CH_3OH$ (Metanol):
- Bu molekülde oksijen ($O$) atomuna doğrudan bağlı bir hidrojen ($H$) atomu bulunmaktadır ($O-H$ bağı).
- $H$ atomunun $O$, $N$ veya $F$ gibi yüksek elektronegatifliğe sahip bir atoma doğrudan bağlı olduğu durumlarda, moleküller arasında hidrojen bağı oluşur. Hidrojen bağları, moleküller arası çekim kuvvetlerinin en güçlülerinden biridir.
- Ayrıca, $CH_3OH$ polar bir moleküldür, bu nedenle dipol-dipol kuvvetleri ve tüm moleküllerde bulunan London dağılım kuvvetleri de mevcuttur. Ancak baskın ve en güçlü kuvvet hidrojen bağıdır.
- Molekül kütlesi: $C:12$, $H:1$, $O:16$. Toplam: $12 + 3(1) + 16 + 1 = 32 \text{ g/mol}$.
- II. $CH_3Cl$ (Klorometan):
- Bu molekülde karbon ($C$) atomuna bağlı bir klor ($Cl$) atomu bulunmaktadır. Klor, karbona göre daha elektronegatiftir, bu da $C-Cl$ bağının polar olmasına neden olur.
- Molekülün genel geometrisi (tetrahedral) ve bağ polarlıkları nedeniyle, $CH_3Cl$ polar bir moleküldür ve net bir dipol momenti vardır.
- Bu nedenle, moleküller arasında dipol-dipol kuvvetleri etkilidir.
- Hidrojen atomları $O$, $N$ veya $F$'ye doğrudan bağlı olmadığı için hidrojen bağı oluşmaz.
- Tüm moleküllerde olduğu gibi London dağılım kuvvetleri de mevcuttur.
- Molekül kütlesi: $C:12$, $H:1$, $Cl:35.5$. Toplam: $12 + 3(1) + 35.5 = 50.5 \text{ g/mol}$.
- III. $CH_4$ (Metan):
- Bu molekülde karbon ($C$) atomuna dört adet hidrojen ($H$) atomu bağlıdır. Molekülün geometrisi düzgün dörtyüzlüdür (tetrahedral).
- $C-H$ bağları hafifçe polar olsa da, molekülün simetrik yapısı nedeniyle bağ dipolleri birbirini götürür ve molekülün net dipol momenti sıfırdır. Bu nedenle $CH_4$ apolar bir moleküldür.
- Apolar moleküller arasında sadece London dağılım kuvvetleri etkilidir. Bu kuvvetler, moleküller arası çekim kuvvetlerinin en zayıf türüdür.
- Molekül kütlesi: $C:12$, $H:1$. Toplam: $12 + 4(1) = 16 \text{ g/mol}$.
Şimdi bu bilgileri kullanarak kaynama noktalarını karşılaştıralım:
- Moleküller arası çekim kuvvetlerinin gücü sırasıyla şöyledir: Hidrojen bağı > Dipol-dipol kuvvetleri > London dağılım kuvvetleri.
- Bu durumda, en güçlü çekim kuvvetlerine sahip olan $CH_3OH$ (hidrojen bağı) en yüksek kaynama noktasına sahip olacaktır.
- $CH_4$ (sadece London dağılım kuvvetleri) ise en düşük kaynama noktasına sahip olacaktır.
- $CH_3Cl$ (dipol-dipol kuvvetleri ve London dağılım kuvvetleri) ise $CH_3OH$ ile $CH_4$ arasında bir kaynama noktasına sahip olacaktır. $CH_3Cl$'nin molekül kütlesi $CH_4$'ten çok daha büyük olduğu için London kuvvetleri de $CH_4$'ten daha güçlüdür, ayrıca dipol-dipol kuvvetleri de vardır. Bu nedenle $CH_3Cl$'nin kaynama noktası $CH_4$'ten belirgin şekilde yüksektir.
Kaynama noktası sıralaması şu şekildedir:
- $CH_3OH$ (I) > $CH_3Cl$ (II) > $CH_4$ (III)
Bu sıralama, A seçeneğinde doğru verilmiştir.
Cevap A seçeneğidir.
