Paras vastaus
Tetrakloorimetaani (CCl4) koostuu ei-polaarisesta dispersiovoimien kautta vuorovaikutuksessa olevat molekyylit, kun taas trikloorimetaani (CHCl3) koostuu polaarisista molekyyleistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa pysyvien dipoli-pysyvien dipolien (pd-pd) vuorovaikutusten kautta.
Vastaus Tämä kysymys on yksinkertaisesti se, että CCl4: llä on korkeampi kiehumispiste kuin CHCl3: lla, koska dispersiovoimat CCl4: ssä ovat riittävän suuret ollakseen vahvempia kuin pd-pd-vuorovaikutukset CHCl3: ssa.
Tiedän nyt, että oppikirjoissa sanotaan aina, että nyrkkisääntö on, että pd-pd-vuorovaikutukset ovat vahvempia kuin dispersiovoimat. Tästä nyrkkisäännöstä on kuitenkin monia poikkeuksia, ja tämä johtuu monista muista tekijöistä, jotka vaikuttavat molekyylien välisten voimien kokonaisvahvuuteen.
Jotkut tekijät, jotka vaikuttavat molekyylien väliseen kokonaisvoimaan voimat on lueteltu alla:
- kunkin molekyylienvälisen vuorovaikutuksen vahvuus (eli mitä oppikirjat sanovat yhdestä vetysidoksesta> yksi pd-pd vuorovaikutus> yksi dispersiovoima)
- Molekyylien välisten vuorovaikutusten laajuus (Kuvittele molekyylien välisiä vuorovaikutuksia ”sidoksina” molekyylien välillä, kuinka monta tällaista ”sidosta” voi muodostua kahden molekyylin välillä. Tarkastelen tätä alla)
- Termodynaamiset muutokset, kuten entropia (selitetty yksityiskohtaisesti joissakin muissa vastauksissa)
- Etc
Vertaamalla CCl4: ää ja CHCl3: a, CCl4: llä on mukavampi / symmetrinen muoto. Siksi voimme odottaa sen pakkauksen olevan pienempi. Tämä tarkoittaisi sitä, että CCl4-näytteessä olisi epäilemättä suurempi kosketuspinta kahden CCl4-molekyylin välillä. Suurempi kosketuspinta-ala mahdollistaisi laajempien molekyylien välisten vuorovaikutusten muodostumisen.
Joten CCl4: ssä, vaikka kunkin molekyylien välisen vuorovaikutuksen vahvuus on heikompi verrattuna CHCl3: een, molekyylien välisen vuorovaikutuksen laajuus CCl4: ssä ylittää huomattavasti CHCl3: n tason niin, että molekyylien välisten vuorovaikutusten kokonaisvahvuus CCl4: ssä on vahvempi kuin CHCl3: ssa.
Tämän selityksen asettamiseksi perspektiiviksi alla on esitetty mielivaltaisia arvoja käyttävä laskelma:
yksi -dispersiovoiman = 4 vahvuus yhden pd-pd-vuorovaikutus = 7 [Koska pd-pd-vuorovaikutus on vahvempi kuin dispersiovoima]
Max. ei. molekyylien välisiä ”sidoksia” kahden CCl4-molekyylin välillä = 50 Max. ei. kahden molekyylin välisestä ”sidoksesta” CHCl3 = 25 [Koska CCl4 voidaan pakata kompaktimmin]
Kahden CCl4-molekyylin välisen molekyylien välisten ”sidosten” kokonaisvahvuus = 50×4 = 200 Molekyylien välisten ”sidosten kokonaislujuus” Kahden CHCl3-molekyylin välillä = 25×7 = 175
Toivottavasti tämä selittää asiat selvästi.
Vastaus
Nesteen kiehumispiste voi olla lämpötila, jossa lämpötila lakkaa nousemasta ja kuplia ilmestyy, mutta tutkijalle sen pitäisi tarkoittaa jotain enemmän. Se on kohta, jossa kaksi vastakkaista taipumusta saavuttaa tasapainopisteen, se on tunnustettava tasapainoksi. Käyttämällä termodynamiikkatietojasi sinun tulisi tietää, että dG = dH – TdS = 0 tai kohta, jossa entalpian muutos tasapainottaa entropian muutoksen. dH = T dS. Toisin sanoen T = dH / dS. Joten jos hiilitetrakloridin kiehumispiste on korkeampi, on olemassa kaksi mahdollista selitystä, yksi on entalpiavaikutus, joka viittaa mahdolliseen nestefaasin koheesioon hiilitetrakloridissa, mutta emme saa unohtaa toista, ja toinen on entropiavaikutus.
Hiilitetrakloridilla on suurempi efektiivinen tilavuus, mikä lisäisi Van der Waalsin kontaktia, on totta, mutta dipolivoimat ja vetysidokset ovat tyypillisesti paljon vahvempia molekyylissä, kuten kloroformi, mikä motivoi kysymystäsi. Joten meidän on tarkasteltava entropiaa hieman tarkemmin. Kiehumispistettä kohottava ei ole vain sitoutumisenergia, se on entropiapeli, ja termodynaaminen entropia vastaa ”Thermal Todennäköisyys ”.
Raskaampien atomien yleisesti puhuminen aiheuttaa energiatason läheisemmän etäisyyden toisiinsa, mikä alentaa entropiaa. Translaatiomoodit, jotka ovat tärkeimmät kaasujen entropian tekijät CCl4: ssä, ovat lähempänä toisistaan kuin CHCl3: ssa. Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että energiatehokkaampien molekyylien terminen todennäköisyys on pienentynyt hiilitetrakloridille.
(CHCl3: lla on pieni entropian etu myös siksi, että se tuottaa suuremman volyymivahvistuksen, mutta se on vain hyvin pieni, ja sitä vastustaa jotkut PV-työt, joita emme myöskään välitä. Toinen volyymi vaikutus on tilapäinen dipolivaikutus, mutta se ei todennäköisesti ole tärkeää verrattuna molekyylipainon entropiavaikutukseen.)
Voimme verrata kiehumispisteiden homologeja: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Tein nopean laskelman jakamalla nämä kelvineissä olevat BP: t molekyylipainojen neliöjuurilla ja sain:
FW: n säätämä BP CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
ja kun olen selvittänyt erot rivin (~ 8.63) tai sarakkeen (~ 3.43) mukaan, sain erinomaiset sopimukset, jotka ajattelin olevan melko vaikuttavia 🙂 Olen tehnyt on laajentaa energiatasojen väliset etäisyydet tasoittamaan pelikenttää, ja näin näet suoran yhteyden entropian ja energiatasovälien välillä. (valtioiden ja rappeutuneiden määrä vaikuttaa myös yleisesti miehityksen todennäköisyyteen, mutta niitä ei kuvata tässä).
Jos käytämme todellisia piileviä lämpötiloja kiehumisvaiheessa standardiarvojen sijaan, voimme Laske itse tasapainotilojen entropia: CHCl3: 29240/334 = 87,5 CC14: 29820/349 = 85,4 ja ne ovat melko lähellä, kuten näette, koska lämpötila on kompensoinut energiatasojen erilaiset etäisyydet, ja tämä todistaa myös että koheesioenergiat eivät määrää vaihemuutoslämpötilaeroja .:
(”Järjestys ja häiriö” on vain karkea korrelaatio entropian kanssa. Lämpötodennäköisyys on parempi lause, se liittyy suoraan energiatason probabilititeihin, jotka liittyvät suoraan niiden väliseen etäisyyteen, koska tämä vaikuttaa Boltzmannin jakautumistilastoihin, jotka määrittävät muutoksen suunnan . Toinen termisen todennäköisyyden laki ajaa järjestelmiä kohti enemmän energiaa tilat, laajemmat etäisyydet, vähemmän rappeutumista. Tämä yleinen dynaamisen vapauden asteiden kasvu vastaa järjestyksen tunnetta. Todennäköisyys on suhteellinen termi. Biologia on toisen asteen todennäköisyys, jossa energiavuot asetetaan ensimmäisen kertaluvun avulla. Joten Darwinin prosessit toimivat käänteisessä todennäköisyysavaruudessa, jossa entropian lasku on suotuisaa dynaamisesti ylläpidetyille epätasapainoilmiöille . )