Nejlepší odpověď
Tetrachlormethan (CCl4) sestává z nepolárních molekuly interagující prostřednictvím disperzních sil, zatímco trichlormethan (CHCl3) sestává z polárních molekul interagujících prostřednictvím permanentních interakcí dipól-permanentní dipól (pd-pd).
Odpověď tato otázka jednoduše říká, že CCl4 má vyšší teplotu varu než CHCl3, protože disperzní síly v CCl4 jsou dostatečně rozsáhlé, aby byly silnější než interakce pd-pd v CHCl3.
Nyní vím, že učebnice vždy říkají, že obecným pravidlem je, že interakce pd-pd jsou silnější než disperzní síly. Existuje však mnoho výjimek z tohoto obecného pravidla, a to kvůli různým dalším faktorům, které ovlivňují celkovou sílu mezimolekulárních sil.
Některé z faktorů, které ovlivňují celkovou sílu mezimolekulárních síly jsou uvedeny níže:
- Síla každé mezimolekulární interakce (tj. co učebnice říkají o jedné vodíkové vazbě> jedné pd-pd interakce> jedna disperzní síla)
- Rozsáhlost intermolekulárních interakcí (Představte si intermolekulární interakce jako „vazby“ mezi molekulami, kolik takových „vazeb“ může být vytvořeno mezi dvěma molekulami. Níže to rozvedu)
- Termodynamické změny, jako je entropie (podrobně vysvětleno v některých dalších reakcích)
- atd.
Při srovnání CCl4 a CHCl3 má CCl4 hezčí / symetrickější tvar. Proto můžeme očekávat, že jeho obal bude kompaktnější. To by znamenalo, že ve vzorku CCI4 by pravděpodobně existovala větší povrchová plocha kontaktu mezi dvěma molekulami CCI4. Větší povrchová plocha kontaktu by pak umožnila vytvoření rozsáhlejších intermolekulárních interakcí.
Takže v CCl4 je síla každé intermolekulární interakce slabší ve srovnání s CHCl3, ale extenzivita intermolekulární interakce v CCl4 daleko převyšuje to v CHCl3, takže celková síla intermolekulárních interakcí v CCl4 je silnější než v CHCl3.
Abychom toto vysvětlení uvedli v perspektivě, níže je uveden výpočet pomocí libovolných hodnot:
Síla jedné disperzní síly = 4 Síla jedné interakce pd-pd = 7 [Protože interakce pd-pd je silnější než disperzní síla]
Max. Ne. mezimolekulárních „vazeb“ mezi dvěma molekulami CCI4 = 50 Max. Ne. mezimolekulárních „vazeb“ mezi dvěma molekulami CHCl3 = 25 [Protože CCl4 lze zabalit kompaktněji]
Celková síla mezimolekulárních „vazeb“ mezi dvěma molekulami CCl4 = 50×4 = 200 Celková síla mezimolekulárních „vazeb“ „Mezi dvěma molekulami CHCl3 = 25×7 = 175
Doufám, že to vysvětlí věci jasně.
Odpověď
Bod varu kapaliny může být teplota, při které teplota přestane stoupat a objeví se bubliny, ale pro vědce by to mělo znamenat něco víc. Je to bod, kdy dvě protichůdné tendence dosáhnou rovnovážného bodu, měl by být uznán jako rovnováha. Pokud použijete své znalosti termodynamiky, měli byste vědět, že dG = dH – TdS = 0 nebo bod, ve kterém změna entalpie vyvažuje změnu entropie. dH = T dS. Jinými slovy T = dH / dS. Pokud má tedy tetrachlormethan vyšší teplotu varu, existují dvě možná vysvětlení, jedním je entalpický účinek, který ukazuje na možnou soudržnost kapalné fáze v tetrachlormethanu, druhý však nesmíme zanedbávat a druhým je entropický účinek.
Tetrachlormethan má větší efektivní objem, což by zvýšilo kontakt Van der Waalsa, je to pravda, ale dipólové síly a vodíkové vazby jsou obvykle mnohem silnější v molekule, jako je chloroform, což motivovalo vaši otázku. Musíme se tedy na entropii podívat trochu blíže. To, co zvyšuje bod varu, nejsou jen vazebné energie, je to entropická hra a termodynamická entropie je ekvivalentní s „Thermal Pravděpodobnost „.
Obecně řečeno těžší atomy způsobují, že energetické úrovně jsou od sebe těsněji rozmístěny, což snižuje entropii. Translační režimy, které významně přispívají k entropii plynů v CCI4, jsou umístěny těsněji od sebe než v CHCI3. Jednoduše řečeno to znamená, že tepelná pravděpodobnost energetičtějších molekul je u tetrachlormethanu snížena.
(CHCl3 má malou entropickou výhodu také proto, že vytváří větší objemový zisk, ale to je jen velmi malé a čelí mu nějaká FV práce, kterou stejně ignorujeme. Druhý objem efekt je dočasný dipólový efekt, ale je nepravděpodobné, že by to bylo důležité ve srovnání s entropickým účinkem molekulové hmotnosti.)
Můžeme porovnat homology pro teploty varu: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Provedl jsem rychlý výpočet dělením těchto BP v kelvinech druhou odmocninou molekulových hmotností a dostal jsem:
FW upravil BP CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
a když jsem pracoval na rozdílech mezi řádky (~ 8,63) nebo sloupci (~ 3,43), dostal jsem vynikající dohody, které jsem považoval za docela působivé 🙂 Co jsem udělal, je škálovat vzdálenosti mezi energetickými úrovněmi, aby se vyrovnalo hrací pole, a tak můžete vidět přímé spojení mezi entropií a vzdálenostmi energetických úrovní. (Počet stavů a degenerací také obecně ovlivňuje pravděpodobnost okupace, ale zde to není uvedeno.)
Pokud použijeme skutečné latentní teploty při varu, spíše než standardní hodnoty, pak vypočítat entropii pro samotné rovnováhy: CHCl3: 29 240/334 = 87,5 CCl4: 29 820/349 = 85,4 a jsou si velmi blízké, jak vidíte, protože teplota kompenzovala různé vzdálenosti v energetických úrovních, což také dokazuje že kohezní energie neurčují teplotní rozdíly fázové změny .:
(„Řád a porucha“ je pouze hrubou korelací s entropií. Tepelná pravděpodobnost je lepší fráze, souvisí přímo s pravděpodobnostmi energetické úrovně, které přímo souvisejí s mezerami mezi nimi, protože to ovlivňuje Boltzmannovy distribuční statistiky, které určují směr změny . Druhý zákon tepelné pravděpodobnosti pohání systémy směrem k větší energii státy, větší vzdálenosti, menší degenerace. Toto obecné zvýšení stupňů dynamické svobody odpovídá pocitu řádu. Pravděpodobnost je relativní pojem. Biologie je pravděpodobnost druhého řádu, kde jsou energetické toky nastaveny tokem prvního řádu. Darwinovské procesy tedy fungují v prostoru obrácené pravděpodobnosti, kde je snižování entropie příznivé pro dynamicky udržované nerovnovážné jevy . )