안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
분자의 끓는점 차이는 분자 사이에 작용하는 인력의 크기에 의해 결정됩니다. 에탄올과 디메틸에테르는 분자량이 비슷하여 분자 전체의 크기나 전자 구름의 양은 비슷하지만, 분자 내 원자들의 배열과 그에 따른 상호작용 방식에서 결정적인 차이가 나타납니다.
가장 핵심적인 원인은 에탄올에 존재하는 수소 결합입니다. 에탄올은 산소 원자에 수소 원자가 직접 결합된 히드록시기를 가지고 있습니다. 전기 음성도가 큰 산소가 전자를 강하게 끌어당기면서 수소는 강한 부분 양전하를 띠게 되고, 이 수소가 인접한 다른 에탄올 분자의 산소에 있는 비공유 전자쌍과 강력하게 이끌리는 수소 결합을 형성합니다. 이는 일반적인 분자 간 인력보다 훨씬 강력한 힘으로 분자들을 서로 단단히 붙잡아 둡니다.
반면 에테르는 산소 원자가 탄소들 사이에 끼어 있는 구조로, 산소에 직접 붙은 수소가 없습니다. 따라서 분자 자체에 극성이 있어 분자 간에 어느 정도 당기는 힘(쌍극자-쌍극자 상호작용)은 존재하지만, 에탄올의 수소 결합에 비하면 그 세기가 훨씬 약합니다. 에테르 분자들은 에탄올만큼 서로를 강하게 붙들지 못하기 때문에, 상대적으로 적은 열에너지만 가해도 분자들이 쉽게 떨어져 기체 상태로 변하게 됩니다.
결국 비슷한 몸집을 가졌음에도 불구하고, 에탄올은 수소 결합이라는 특수하고 강력한 인력을 끊어내기 위해 훨씬 더 많은 에너지가 필요하므로 끓는점이 에테르보다 월등히 높게 나타나는 것입니다. 실생활에서 에탄올이 액체 상태로 존재하기 쉬운 반면 에테르는 휘발성이 매우 강한 것도 바로 이러한 분자 간 상호작용의 차이 때문입니다.