Meilleure réponse
Le tétrachlorométhane (CCl4) est composé de non polaire molécules interagissant via des forces de dispersion, alors que le trichlorométhane (CHCl3) est constitué de molécules polaires interagissant via des interactions permanentes dipôle-dipôle permanent (pd-pd).
Pour répondre cette question simplement, CCl4 a un point débullition plus élevé que CHCl3 car les forces de dispersion dans CCl4 sont suffisamment étendues pour être plus fortes que les interactions pd-pd dans CHCl3.
Maintenant, je sais que les manuels disent toujours que la règle générale est que les interactions pd-pd sont plus fortes que les forces de dispersion. Il existe, cependant, de nombreuses exceptions à cette règle de base, et cela est dû aux divers autres facteurs qui affectent la force globale des forces intermoléculaires.
Certains des facteurs qui affectent la force globale de lintermoléculaire les forces sont listées ci-dessous:
- Force de chaque interaction intermoléculaire (cest-à-dire ce que les manuels disent dune liaison hydrogène> un pd-pd interaction> une force de dispersion)
- Extensivité des interactions intermoléculaires (imaginez les interactions intermoléculaires comme des «liaisons» entre molécules, combien de ces «liaisons» peuvent être formées entre deux molécules. Je développerai ce point ci-dessous)
- Changements thermodynamiques tels que lentropie (expliqués en détail dans certaines des autres réponses)
- Etc
En comparant CCl4 et CHCl3, CCl4 a un forme plus jolie / plus symétrique. Par conséquent, on peut sattendre à ce que son emballage soit plus compact. Cela signifierait que dans un échantillon de CCl4, il y aurait sans doute une plus grande surface de contact entre deux molécules de CCl4. Une plus grande surface de contact permettrait alors la formation dinteractions intermoléculaires plus étendues.
Donc, dans CCl4, même si la force de chaque interaction intermoléculaire est plus faible par rapport à CHCl3, létendue de linteraction intermoléculaire dans CCl4 dépasse de loin celle de CHCl3 de sorte que la force globale des interactions intermoléculaires dans CCl4 est plus forte que celle de CHCl3.
Pour mettre cette explication en perspective, un calcul utilisant des valeurs arbitraires est présenté ci-dessous:
Force de une force de dispersion = 4 Force de une interaction pd-pd = 7 [Parce que linteraction pd-pd est plus forte que la force de dispersion]
Max. non. de «liaisons» intermoléculaires entre deux molécules de CCl4 = 50 Max. non. de «liaisons» intermoléculaires entre deux molécules de CHCl3 = 25 [Parce que CCl4 peut être compacté]
Force globale des «liaisons» intermoléculaires entre deux molécules de CCl4 = 50×4 = 200 Force globale des «liaisons» intermoléculaires ”Entre deux molécules de CHCl3 = 25×7 = 175
Jespère que cela explique clairement les choses.
Réponse
Le point débullition dun liquide peut être la température à laquelle la température cesse daugmenter et des bulles apparaissent, mais pour un scientifique, cela devrait signifier quelque chose de plus. Cest le point où deux tendances opposées atteignent un point déquilibre, il faut le reconnaître comme un équilibre. En appliquant vos connaissances en thermodynamique, vous devez savoir que dG = dH – TdS = 0 ou le point auquel le changement denthalpie équilibre le changement dentropie. dH = T dS. En dautres termes, T = dH / dS. Donc, si le tétrachlorure de carbone a un point débullition plus élevé, alors il y a deux explications possibles, lune est un effet denthalpie, qui indique une possible cohésion de phase liquide dans le tétrachlorure de carbone, mais il ne faut pas négliger lautre, et lautre est un effet dentropie.
Le tétrachlorure de carbone a un volume efficace plus grand, ce qui augmenterait le contact de Van der Waals il est vrai, mais les forces dipolaires et les liaisons hydrogène sont généralement beaucoup plus fortes dans une molécule comme le chloroforme, ce qui a motivé votre question. Nous devons donc regarder lentropie dun peu plus près. Ce qui élève un point débullition, ce ne sont pas seulement les énergies de liaison, cest le jeu dentropie, et lentropie thermodynamique équivaut à « Thermal Probabilité « .
De manière générale, les atomes plus lourds font que les niveaux dénergie sont plus rapprochés, ce qui réduit lentropie. Les modes translationnels qui sont les principaux contributeurs à lentropie des gaz dans CCl4 sont plus rapprochés que dans CHCl3. En termes simples, cela signifie que la probabilité thermique de molécules plus énergétiques est abaissée pour le tétrachlorure de carbone.
(Il y a un léger avantage dentropie à CHCl3 aussi parce quil fait un gain de volume plus important, mais ce nest que très petit, et il est contré par un travail PV que nous ignorons également de toute façon. Lautre volume est leffet dipolaire temporaire, mais il est peu probable que ce soit important par rapport à leffet dentropie du poids moléculaire.)
Nous pouvons comparer les homologues pour les points débullition: CHCl3: 61.2 CCl4: 76.3 CHBr3: 149.1 CBr4 : 189.5
Jai fait un calcul rapide en divisant ces BP en kelvins par les racines carrées des poids moléculaires et jai obtenu:
BP ajustée FW CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
et quand jai calculé les différences par ligne (~ 8,63) ou par colonne (~ 3,43), jai obtenu dexcellents accords, ce que jai trouvé assez impressionnant 🙂 Ce que jai fait, cest augmenter la taille les espacements entre les niveaux dénergie, pour niveler le terrain de jeu, et ainsi vous pouvez voir le lien direct entre les espacements dentropie et de niveau dénergie. (le nombre détats et les dégénérations affectent également la probabilité doccupation en termes généraux, mais ils ne figurent pas ici).
Si nous utilisons les chaleurs latentes réelles à lébullition, plutôt que les valeurs standard, alors nous pouvons calculer une entropie pour les équilibres eux-mêmes: CHCl3: 29240/334 = 87,5 CCl4: 29820/349 = 85,4 et ils sont assez proches comme vous pouvez le voir, car la température a compensé les différents espacements dans les niveaux dénergie, et cela prouve également que les énergies cohésives ne déterminent pas les différences de température de changement de phase .:
(« Ordre et désordre » nest quune corrélation approximative avec lentropie. La probabilité thermique est une meilleure expression, elle se rapporte directement aux probabilités de niveau dénergie, qui se rapportent directement à lespacement entre elles, car cela affecte les statistiques de distribution de Boltzmann, qui déterminent la direction du changement . La deuxième loi de la probabilité thermique pousse les systèmes vers plus dénergie états, espacements plus larges, moins de dégénérescence. Cette augmentation générale des degrés de liberté dynamique correspond à un sens de lordre. La probabilité est un terme relatif. La biologie est une probabilité de second ordre, où les flux dénergie sont établis par un flux de premier ordre. Ainsi, les processus darwiniens opèrent dans un espace de probabilité inversé, où labaissement de lentropie est favorable pour les phénomènes de non-équilibre dynamiquement maintenus . )