NHIỆT ĐỘ SÔI VÀ TÍNH TAN CỦA CÁC CHỨC HOÁ HỌC
Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi và tính tan của các chức hoá học:
- Khối lượng phân tử
- Liên kết hidro
- Lực hút Van der Waals
- Lực phân tán London

1. Khối lượng phân tử
a. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến nhiệt độ sôi
 Nói chung, khối lượng phân tử càng lớn càng cần nhiều năng lượng để tách các phân tử ra khỏi mạng tinh
thể nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi đều tăng.


Ví dụ:
Metanol Etanol
Propanol
Butanol
Pentanol
CH3OH C2H5OH CH3(CH2)2OH CH3(CH2)3OH CH3(CH2)4OH
32
46
60
74
86
KLPT g/mol
0
0
0
0
0
65(
C)
78,3(
C)
97,4(
C)
117,2(
C)
137,3(
C)
Nhiệt độ sôi

Hexanol
CH3(CH2)5OH
102
158(0C)

b. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến độ tan
 Các chất hữu cơ thường không phân cực hoặc phân cực yếu nên khó tan trong nước là dung môi phân cực
mạnh. Khi mạch cacbon tăng, tính tan nhìn chung giảm mạnh


Ví dụ:
Metanol Etanol
Propanol
Butanol
Pentanol
CH3OH C2H5OH CH3(CH2)2OH CH3(CH2)3OH CH3(CH2)4OH
32
46
60
74
86
KLPT g/mol
Tan vô hạn
8,34 gam
~2 gam
Độ tan/H2O

Hexanol
CH3(CH2)5OH
102
~0 gam

2. Liên kết hidro
a. Định nghĩa
Liên kết hidro được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa:
 Nguyên tử H tích điện dương (Hδ+ là nguyên tử H liên kết với nguyên tố có độ âm điện lớn như N, O, F)
 Nguyên tử có độ âm điện lớn và bán kính nhỏ, mang điện tích âm (N, F, O)
Ví dụ
δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…H–O…H–O…
H

H

H

H

b. Ảnh hưởng của liên kết hidro đến nhiệt độ sôi
 Liên kết hidro giúp các phân tử ràng buộc với nhau chặt chẽ hơn nên cần nhiều năng lượng hơn để tách biệt
các phân tử ra khỏi nhau, dẫn đến các hợp chất có liên kết hidro có nhiệt độ sôi cao hơn trường hợp không
tạo được liên kết hidro (có khối lượng phân tử xấp xỉ nhau)


Ví dụ: So sánh nhiệt độ sôi của butan và ancol etylic
Chất hữu cơ
M (g/mol)

Butan CH3CH2CH2CH3
58

Liên kết hidro

Không

Nhiệt độ sôi

0,50C

Ancol etylic CH3CH2OH
46
δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…H–O…H–O…
C2H5

C2H5
78,30C

C2H5

C2H5

c. Ảnh hưởng của liên kết hidro đến tính tan trong nước
 Liên kết hidro giữa phân tử chất hữu cơ với nước giúp các phân tử phân tán hoàn toàn trong nước, nghĩa
là tan được trong nước


Ví dụ: Butan coi như không tan trong nước, trong khi ancol etylic tan vô hạn trong nước
Chất hữu cơ
M (g/mol)

Butan CH3CH2CH2CH3
58

Ancol etylic CH3CH2OH
46
δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…

Không

Liên kết hidro

C2H5
Tính tan trong nước

Không tan

H

Tan vô hạn

3. Lực hút Van der Waals
a. Định nghĩa
 Lực hút Van der Waals được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các phân tử, do sự phân cực thường trực
hoặc tạm thời trong phân tử
b. Phân loại
Loại lực hút
Lực định hướng

Lực cảm ứng

Trường hợp xuất hiện

Ví dụ
δ+ δH – I

Các phân tử có cực

δ+ δδ+ δ… Br – Br … H – O …

Các phân tử có cực và không cực

H
Lực khuếch tán




Dao động của hạt nhân và electron

Các phân tử không cực

Lực hút Van der Waals cũng thuộc loại tương tác yếu và gây ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi và tính tan trong
nước tương tự liên kết hidro
Các phân tử có cực có sự phân bố điện tích không đều, có trọng tâm điện tích âm và dương không trùng nhau
nên xuất hiện lưỡng cực tích điện trái dấu
Các phân tử không cực do sự dao động của hạt nhân và electron (lực khuếch tán) hoặc do sự ảnh hưởng của
các phân tử phân cực lân cận (lực cảm ứng) cũng xuất hiện lưỡng cực tích điện trái dấu

4. Lực phân tán London
 Lực hút quan trọng nhất xuất hiện trong các phân tử không phân cực như CCl4, là một dạng của lực hút Van
der Waals
 Lực xuất hiện do sự cảm ứng từ các phân tử lân cận khi chúng đến gần nhau. Các electron trong phân tử đang
tiến gần nhau sẽ có những khoảnh khắc không phân bố đều, đủ để tạo ra lưỡng cực tạm thời trong giây lát, rồi
lại xuất hiện những lưỡng cực tạm thời khác. Như vậy, trên bề mặt phân tử luôn có những lưỡng cực nhất
thời giúp chúng hút nhau.
 Lực hút này tỉ lệ thuận với diện tích tiếp xúc, tức là diện tích bề mặt của các phân tử


Ví dụ: So sánh nhiệt độ sôi của pentan, isopentan và neopentan (Đều là những phân tử không phân cực)
Pentan CH3(CH2)3CH3
Giải thích

-

Nhiệt độ sôi

Isopentan (CH3)2CHCH2CH3

Neopentan (CH3)4C

Trong 3 đồng phân trên, pentan là đồng phân có mạch dài nhất → diện tích tiếp bề mặt
lớn nhất → lực London mạnh nhất nên nhiệt độ sôi cao nhất.
Khi sự phân nhánh gia tăng, phân tử trở nên có dạng khối cầu và diện tích tiếp xúc bề
mặt giảm → lực London giảm → nhiệt độ sôi giảm
Nhiệt độ sôi giảm dần theo trình tự: pentan > isopentan > neopentan
360C

280C

100C

NHIỆT ĐỘ SÔI VÀ TÍNH TAN CỦA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ

Chất hữu
cơ

Ancol
R – OH

Nhiệt độ sôi
Nhiệt độ sôi cao nếu có liên kết
hidro giữa các phân tử chất hữu cơ
với nhau
Nhiệt độ sôi cao do có liên kết hidro
giữa các phân tử ancol.
δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…
R

Andehit
R – CHO

R

Nhiệt độ sôi thấp do không có liên
kết hidro giữa các phân tử andehit
với nhau

Tính tan
Tan được trong nước khi:
 Tạo được liên kết H giữa phân tử chất hữu cơ với nước
 Có ít nguyên tử cacbon
Từ C1 đến C3 tan vô hạn trong nước
δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…
R
H
Khi mạch C tăng, tính tan giảm: C4 – tan, C5 – ít tan, C6 trở
lên coi như không tan
Chỉ có C1, C2 tan được trong nước
R
C=O … H – O
H

Nhiệt độ sôi cao do có liên kết hidro Tương tự ancol:
giữa các phân tử axit hữu cơ, tạo
δ- δ+ δO–H…O

Axit
R – COOH
CH3 – C

H

H
δ- δ+
δ+ δO–H…O–H…O
δ-

CH3 – C

C – CH3
δ- δ+ δ- δ+ δO…H–O…H–O

C – CH3
δ- δ+ δO…H–O

H

5. Một số bài tập vận dụng
1) So sánh nhiệt độ sôi của ancol etylic (C2H5OH), ancol proprylic (CH3CH2CH2OH), etylclorua (C2H5Cl),
axit axetic (CH3COOH) và đimetylete (CH3OCH3). Giải thích kết quả.
Hướng dẫn cách giải
a. Phân loại:
 Nhóm các chất có liên kết hidro (giữa các phân tử chất hữu cơ với nhau) là nhóm thường có nhiệt độ sôi
cao hơn. Điều kiện để chất hữu cơ tạo được liên kết hidro giữa các phân tử cùng loại là phải có liên kết O–H
hay N–H trong phân tử.
→ Như vậy có thể thấy là với các chất có phân tử khối xấp xỉ nhau thì những chất có nhiệt độ sôi cao
tăng dần là amin, ancol và axit do tạo được liên kết hidro giữa các phân tử của chúng.
 Nhóm các chất không có liên kết hidro là nhóm có nhiệt độ sôi
b. Xếp thứ tự
 Nhóm có liên kết hidro (nhiệt độ sôi cao hơn)
 Liên kết hidro càng bền thì nhiệt độ sôi càng cao: giữa những chất đều có khả năng tạo liên kết hidro,
cần phải xét độ phân cực của liên kết. Liên kết phân cực càng mạnh thì điện tích tập trung ở hai cực càng
lớn, liên kết hidro càng bền chặt.
 Nếu cùng dãy đồng đẳng thì nhiệt độ sôi tỉ lệ thuận với khối lượng phân tử.
 Có thể xem xét thêm lực hút Van der Waals…
 Nhóm không có liên kết hidro (nhiệt độ sôi thấp hơn)
 Chủ yếu xét theo khối lượng phân tử
 Có thể xét thêm các yếu tố khác như lực hút Van der Waals, lực phân tán London…
 Nếu có các yếu tố gây ảnh hưởng trái ngược nhau thì cần căn nhắc xem ảnh hưởng nào là quyết định
nhất. Giá trị nhiệt độ sôi theo giả thiết là căn cứ để đưa ra những giải thích hợp lí
Bài giải
Chất hữu cơ
Ancol etylic
(C2H5OH)

M

Liên kết hidro liên phân tử

t 0C

46

δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…H–O…H–O…

3

C2H5

C2H5

C2H5

C2H5

Ancol proprylic
(CH3CH2CH2OH)

Etylclorua
(C2H5Cl)

δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ…H–O…H–O…H–O…H–O…
60

2
C3H7
C3H7
C3H7
C3H7
Đồng đẳng với C2H5OH nhưng M lớn hơn nên nhiệt độ sôi lớn hơn

64,5 Không tạo được liên kết hidro nên nhiệt độ sôi thấp

4

δ- δ+ δO–H…O
Axit axetic
(CH3COOH)

CH3 – C

60

C – CH3
δ- δ+ δO…H–O

1

Liên kết hidro bền vững hơn trường hợp ancol nên nhiệt độ sôi cao nhất
Đimetylete
(CH3OCH3)

46

Không tạo được liên kết hidro và có M nhỏ hơn nên nhiệt độ sôi thấp nhất

5

2) Giải thích giá trị nhiệt độ sôi giảm dần của các đồng phân C4H9OH theo thực nghiệm:
Đồng phân
Ancol butylic
Ancol isobutylic
Ancol sec – butylic Ancol tert – butylic
0
117,4
108
100
83
Nhiệt độ sôi (t C)
Hướng dẫn cách giải
 Càng nhiều nhóm ankyl đẩy electron thì sự phân cực của liên kết – O – H càng giảm, liên kết hidro giữa các
phân tử ancol càng kém bền, dễ phân tán hơn nên nhiệt độ sôi giảm
 Nhóm ankyl càng phân nhánh thì tác dụng đẩy electron càng mạnh hơn nhóm ankyl mạch không phân nhánh
CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─► CH2 ◄─ O ─►◄─ H

CH3
│
CH3 ─ CH ─►CH2─►O ─►◄─ H
CH3
│
▼

CH3─CH2─►CH─►►O─►◄─H
CH3
│
▼

CH3 ─► C ─►►►O─►◄─H
▲

│
CH3

Gốc butyl không nhánh đẩy electron yếu nhất
→ Liên kết –O–H phân cực mạnh nhất
→ Nhiệt độ sôi cao nhất
Gốc iso – butyl phân nhánh, đẩy electron mạnh
hơn gốc butyl không phân nhánh
→ Liên kết –O–H phân cực yếu hơn
→ Nhiệt độ sôi thấp hơn
Gốc sec – butyl gồm hai nhóm đẩy electron nên
tổng tác dụng đẩy electron của gốc sec – butyl
lớn hơn gốc iso – butyl
→ Liên kết –O–H phân cực yếu hơn
→ Nhiệt độ sôi thấp hơn
Gốc tert – butyl gồm ba nhóm đẩy electron nên
tổng tác dụng đẩy electron của gốc tert – butyl
lớn hơn gốc sec – butyl
→ Liên kết –O–H phân cực yếu nhất
→ Nhiệt độ sôi thấp nhất

3) So sánh nhiệt độ sôi của 4 dẫn xuất clo của hidrocacbon đều có công thức phân tử C4H9Cl. Giải thích
CH3
CH3 ─ CH ─ CH2 ─ Cl CH3 ─ CH2 ─ CH ─ CH3
│
CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ Cl
│
│
CH3 ─ C ─ CH3
CH3
Cl
│
Cl
 Lực tương tác phân tử tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt phân tử.
 Diện tích bề mặt phân tử giảm dần theo thứ tự phân nhánh:
Butylclorua > iso – butylclorua > sec – butylclorua > tert – butylclorua
 Lực tương tác giữa các phân tử càng lớn thì chất hữu cơ nhiệt độ sôi càng lớn
→ Nhiệt độ sôi của các đồng phân cùng giảm theo thứ tự trên