La mejor respuesta
El tetraclorometano (CCl4) consiste en moléculas que interactúan a través de fuerzas de dispersión, mientras que el triclorometano (CHCl3) consiste en moléculas polares que interactúan a través de interacciones dipolo permanente-dipolo permanente (pd-pd).
Para responder Esta pregunta simplemente, CCl4 tiene un punto de ebullición más alto que el CHCl3 porque las fuerzas de dispersión en CCl4 son lo suficientemente extensas como para ser más fuertes que las interacciones pd-pd en CHCl3.
Ahora, sé que los libros de texto siempre dicen que la regla general es que las interacciones pd-pd son más fuertes que las fuerzas de dispersión. Sin embargo, existen muchas excepciones a esta regla empírica, y esto se debe a varios otros factores que afectan la fuerza general de las fuerzas intermoleculares.
Algunos de los factores que afectan la fuerza general de las fuerzas intermoleculares Las fuerzas se enumeran a continuación:
- Fuerza de cada interacción intermolecular (es decir, lo que dicen los libros de texto sobre un enlace de hidrógeno> un pd-pd interacción> una fuerza de dispersión)
- Amplitud de las interacciones intermoleculares (Imagine las interacciones intermoleculares como «enlaces» entre moléculas, cuántos de estos «enlaces» se pueden formar entre dos moléculas. Voy a desarrollar esto a continuación)
- Cambios termodinámicos como la entropía (explicado en detalle en algunas de las otras respuestas)
- Etc
Comparando CCl4 y CHCl3, CCl4 tiene un forma más agradable / más simétrica. Por tanto, podemos esperar que su embalaje sea más compacto. Esto significaría que en una muestra de CCl4, podría decirse que habría una mayor superficie de contacto entre dos moléculas de CCl4. Una mayor superficie de contacto permitiría la formación de interacciones intermoleculares más extensas.
Entonces, en CCl4, aunque la fuerza de cada interacción intermolecular es más débil en comparación con el CHCl3, la amplitud de la interacción intermolecular en CCl4 supera con creces la de CHCl3, de modo que la fuerza general de las interacciones intermoleculares en CCl4 es más fuerte que la de CHCl3.
Para poner esta explicación en perspectiva, a continuación se muestra un cálculo que utiliza valores arbitrarios:
Fuerza de una fuerza de dispersión = 4 Fuerza de una interacción pd-pd = 7 [Porque la interacción pd-pd es más fuerte que la fuerza de dispersión]
Max. No. de «enlaces» intermoleculares entre dos moléculas de CCl4 = 50 Máx. No. de «enlaces» intermoleculares entre dos moléculas de CHCl3 = 25 [porque CCl4 se puede empaquetar de forma más compacta]
Resistencia general de los «enlaces» intermoleculares entre dos moléculas de CCl4 = 50×4 = 200 Resistencia global de los enlaces «intermoleculares ”Entre dos moléculas de CHCl3 = 25×7 = 175
Espero que esto explique las cosas claramente.
Respuesta
El punto de ebullición de un líquido puede ser la temperatura a la que la temperatura deja de subir y aparecen burbujas, pero para un científico debería significar algo más. Es el punto donde dos tendencias opuestas alcanzan un punto de equilibrio, debe reconocerse como un equilibrio. Aplicando sus conocimientos de termodinámica, debe saber que dG = dH – TdS = 0 o el punto en el que el cambio de entalpía equilibra el cambio de entropía. dH = T dS. En otras palabras, T = dH / dS. Entonces, si el tetracloruro de carbono tiene un punto de ebullición más alto, entonces hay dos posibles explicaciones, una es un efecto de entalpía, que apunta a una posible cohesión de la fase líquida en el tetracloruro de carbono, pero no debemos descuidar la otra, y la otra es un efecto de entropía.
El tetracloruro de carbono tiene un volumen efectivo mayor, lo que aumentaría el contacto de Van der Waals, es cierto, pero las fuerzas dipolares y los enlaces de hidrógeno suelen ser mucho más fuertes en una molécula como el cloroformo, lo que motivó su pregunta. Así que tenemos que mirar la entropía un poco más de cerca. Lo que eleva un punto de ebullición no son solo las energías de enlace, es el juego de la entropía, y la entropía termodinámica es equivalente a «Térmica Probabilidad «.
En términos generales, los átomos más pesados provocan que los niveles de energía estén más cerca, lo que reduce la entropía. Los modos de traslación que son los principales contribuyentes a la entropía de los gases en CCl4 están más espaciados que en CHCl3. En términos simples, esto significa que la probabilidad térmica de moléculas más energéticas se reduce para el tetracloruro de carbono.
(Hay una ligera ventaja de entropía en el CHCl3 también porque genera una ganancia de volumen mayor, pero eso es solo muy pequeño, y se contrarresta con algunos trabajos fotovoltaicos que también estamos ignorando de todos modos. El otro volumen El efecto es el efecto dipolo temporal, pero es poco probable que sea importante en comparación con el efecto de entropía del peso molecular.)
Podemos comparar homólogos para puntos de ebullición: CHCl3: 61.2 CCl4: 76.3 CHBr3: 149.1 CBr4 : 189.5
Hice un cálculo rápido dividiendo estos BP en kelvin por las raíces cuadradas de los pesos moleculares y obtuve:
BP ajustada por FW CHCl3: 30.598 CCl4: 21.978 CHBr3: 34.048 CBr4 : 24.403
y cuando resolví las diferencias en fila (~ 8.63) o en columna (~ 3.43) obtuve excelentes acuerdos, que me parecieron bastante impresionantes 🙂 Lo que he hecho es escalar horizontalmente los espacios entre los niveles de energía, para nivelar el campo de juego, y para que pueda ver la conexión directa entre los espacios de entropía y niveles de energía. (el número de estados y degenerados también afectan la probabilidad de ocupación en términos generales, pero no figuran aquí).
Si usamos los calores latentes reales al hervir, en lugar de los valores estándar, entonces podemos calcule una entropía para los propios equilibrios: CHCl3: 29,240 / 334 = 87.5 CCl4: 29,820 / 349 = 85.4 y están bastante cerca como puede ver, porque la temperatura ha compensado los diferentes espaciamientos en los niveles de energía, y esto también prueba que las energías cohesivas no están determinando las diferencias de temperatura de cambio de fase .:
(«Orden y desorden» es solo una correlación aproximada de la entropía. La probabilidad térmica es una mejor frase, se relaciona directamente con las probabilidades de nivel de energía, que se relacionan directamente con el espacio entre ellas, porque esto afecta las estadísticas de distribución de Boltzmann, que determinan la dirección del cambio . La segunda ley de probabilidad térmica impulsa a los sistemas hacia más energía estados, espacios más amplios, menos degeneración. Este aumento general en grados de libertad dinámica corresponde a un sentido de orden. La probabilidad es un término relativo. La biología es una probabilidad de segundo orden, donde los flujos de energía se establecen por flujo de primer orden. De modo que los procesos darwinianos operan en un espacio de probabilidad invertida, donde la disminución de la entropía es favorable para los fenómenos de no equilibrio mantenidos dinámicamente . )