Is er een verband tussen kookpunt, smeltpunt en het atoomnummer of de atoommassa?

Antwoord

Beste Nelson,

Ja, er zijn trends binnen het periodiek systeem, maar op de meeste ervan zijn er ook uitzonderingen.

Als we naar de perioden kijken (horizontale rijen in het periodiek systeem), dan zien we over het algemeen dat smelt- en kookpunt eerst toenemen en dan afnemen met toenemend atoomnummer (van links naar rechts). De edelgassen, op het uiteinde van een periode, hebben het laagste smelt- en kookpunt. Naar het midden toe zijn de smelt- en kookpunten hoger en bovendien stijgt het kookpunt er sterker dan het smeltpunt.

Dit valt als volgt te begrijpen: smelt- en kookpunt hebben te maken met de bindingssterkte tussen atomen. (Bijvoorbeeld voor smelten: de temperatuur hangt samen met de hoeveelheid energie die er nodig is om de binding tussen atomen in de vaste stof te verbreken en zo het materiaal vloeibaar te maken.) Binnen een periode hangt die bindingssterkte af van de elekronische structuur. Edelgassen hebben geen vrije elektronen en zijn dus zwak gebonden. Daardoor smelten en koken ze ook bij een lagere temperatuur dan de andere elementen in hun periode, waardoor we ze bij kamertemperatuur als gassen kennen.

Als we naar de groepen kijken (verticale kolommen in het periodiek systeem), dan zien we meestal dat smelt- en kookpunt toenemen met toenemend atoomnummer (van boven naar onder). Dat komt doordat het totale aantal elektronen en daarmee de vanderwaalskracht tussen atomen toeneemt met de atoommassa, waardoor de binding sterker is en er meer energie (hogere temperatuur) nodig is om die te verbreken.

Op de grafiek zie je het atoomnummer op de horizontale as. Het smeltpunt is de fuchsia lijn en het kookpunt de donkerblauwe lijn. (Kamertemperatuur is aangegeven met de gele lijn.)

Je kan smelt- en kookpunten (en nog veel meer eigenschappen) van de elementen opzoeken op deze Engelstalige website.

• smeltpunt
• kookpunt

De positie in het periodiek systeem zegt niet alles over smelt- en kookpunt. Denk bijvoorbeeld aan koolstof (atoomnummer 6). Dat kan in vaste vorm voorkomen als grafiet en als diamant (en er zijn nog andere vormen). (Dit wordt allotropie genoemd.) Grafiet en diamant hebben duidelijk verschillende eigenschappen: grafiet is zwart en zacht, terwijl diamant kleurloos en zeer hard is. Het zal je dan ook niet verbazen dat ook het smelt- en kookpunt verschillen, terwijl het toch hetzelfde atoomnummer is. De bindingen in diamant zijn sterker dan in grafiet en de smelttemperatuur is dan ook hoger. Daarom moet er bij tabellen voor sommige elementen onder staan over welke vorm het precies gaat; voor koolstof is dat meestal diamant.

Vriendelijke groeten,
Sylvia