Migliore risposta
Il tetraclorometano (CCl4) è costituito da non polare molecole che interagiscono tramite forze di dispersione, mentre il triclorometano (CHCl3) è costituito da molecole polari che interagiscono tramite interazioni dipolo-dipolo permanente (pd-pd).
Per rispondere questa domanda semplicemente, CCl4 ha un punto di ebollizione più alto di CHCl3 perché le forze di dispersione in CCl4 sono abbastanza ampie da essere più forti delle interazioni pd-pd in CHCl3.
Ora, so che i libri di testo lo dicono sempre la regola generale è che le interazioni pd-pd sono più forti delle forze di dispersione. Esistono, tuttavia, molte eccezioni a questa regola pratica, e ciò è dovuto a vari altri fattori che influenzano la forza complessiva delle forze intermolecolari.
Alcuni dei fattori che influenzano la forza complessiva dellintermolecolare le forze sono elencate di seguito:
- Forza di ciascuna interazione intermolecolare (cioè cosa dicono i libri di testo su un legame idrogeno> un pd-pd interazione> una forza di dispersione)
- Ampiezza delle interazioni intermolecolari (Immagina le interazioni intermolecolari come “legami” tra molecole, quanti di tali “legami” possono essere formati tra due molecole. Lo approfondirò di seguito)
- Cambiamenti termodinamici come lentropia (spiegata in dettaglio in alcune delle altre risposte)
- Etc
Confrontando CCl4 e CHCl3, CCl4 ha un forma più bella / più simmetrica. Pertanto, possiamo aspettarci che il suo imballaggio sia più compatto. Ciò significherebbe che in un campione di CCl4, ci sarebbe probabilmente una maggiore superficie di contatto tra due molecole di CCl4. Una maggiore superficie di contatto consentirebbe quindi la formazione di interazioni intermolecolari più estese.
Quindi in CCl4, anche se la forza di ciascuna interazione intermolecolare è più debole rispetto a CHCl3, lampiezza dellinterazione intermolecolare in CCl4 supera di gran lunga quella in CHCl3 in modo tale che la forza complessiva delle interazioni intermolecolari in CCl4 è più forte di quella in CHCl3.
Per mettere questa spiegazione in prospettiva, di seguito viene mostrato un calcolo che utilizza valori arbitrari:
Forza di uno forza di dispersione = 4 Forza di uno pd-pd interazione = 7 [Perché linterazione pd-pd è più forte della forza di dispersione]
Max. no. di “legami” intermolecolari tra due molecole di CCl4 = 50 Max. no. di “legami” intermolecolari tra due molecole di CHCl3 = 25 [Perché CCl4 può essere impacchettato in modo più compatto]
Forza complessiva dei “legami” intermolecolari tra due molecole di CCl4 = 50×4 = 200 Forza complessiva dei “legami intermolecolari “Tra due molecole di CHCl3 = 25×7 = 175
Spero che questo spieghi le cose chiaramente.
Risposta
Il punto di ebollizione di un liquido può essere la temperatura alla quale la temperatura smette di salire e compaiono bolle, ma per uno scienziato dovrebbe significare qualcosa di più. È il punto in cui due tendenze opposte raggiungono un punto di equilibrio, dovrebbe essere riconosciuto come un equilibrio. Applicando la tua conoscenza della termodinamica, dovresti sapere che dG = dH – TdS = 0 o il punto in cui il cambiamento di entalpia bilancia il cambiamento di entropia. dH = T dS. In altre parole T = dH / dS. Quindi, se il tetracloruro di carbonio ha un punto di ebollizione più alto, ci sono due possibili spiegazioni, una è un effetto entalpico, che indica una possibile coesione della fase liquida nel tetracloruro di carbonio, ma non dobbiamo trascurare laltra, e laltra è un effetto entropico.
Il tetracloruro di carbonio ha un volume effettivo maggiore, il che aumenterebbe il contatto di Van der Waals, è vero, ma le forze di dipolo e i legami idrogeno sono in genere molto più forti in una molecola come il cloroformio, che ha motivato la tua domanda. Quindi dobbiamo guardare lentropia un po più da vicino. Ciò che eleva un punto di ebollizione non sono solo le energie di legame, è il gioco dellentropia e lentropia termodinamica è equivalente a “Thermal Probabilità “.
In generale, gli atomi più pesanti fanno sì che i livelli di energia siano più ravvicinati tra loro, il che riduce lentropia. I modi traslazionali che sono i principali contributori allentropia dei gas in CCl4 sono più ravvicinati rispetto a CHCl3. In termini semplici, ciò significa che la probabilità termica di molecole più energetiche è ridotta per il tetracloruro di carbonio.
(Cè un leggero vantaggio di entropia in CHCl3 anche perché fa un guadagno di volume maggiore, ma questo è solo molto piccolo, ed è controbilanciato da alcuni lavori PV che comunque stiamo ignorando. Laltro volume è leffetto dipolo temporaneo, ma è improbabile che sia importante rispetto alleffetto entropico del peso molecolare.)
Possiamo confrontare gli omologhi per i punti di ebollizione: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Ho fatto un rapido calcolo dividendo questi BP in kelvin per le radici quadrate dei pesi molecolari e ho ottenuto:
BP corretto per FW CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
e quando ho elaborato le differenze per riga (~ 8.63) o per colonna (~ 3.43) ho ottenuto accordi eccellenti, il che mi è sembrato piuttosto impressionante 🙂 Quello che ho fatto è scalare gli spazi tra i livelli di energia, per livellare il campo di gioco, e così puoi vedere la connessione diretta tra lentropia e gli spazi dei livelli di energia. (anche il numero di stati e degeneri influenzano la probabilità di occupazione in termini generali, ma qui non vengono visualizzati).
Se usiamo i calori latenti effettivi allebollizione, anziché i valori standard, calcola unentropia per gli equilibri stessi: CHCl3: 29,240 / 334 = 87,5 CCl4: 29,820 / 349 = 85,4 e sono abbastanza vicini come puoi vedere, perché la temperatura ha compensato le diverse spaziature nei livelli di energia, e questo lo dimostra anche che le energie coesive non determinano le differenze di temperatura del cambiamento di fase .:
(“Ordine e disordine” è solo un correlato approssimativo allentropia. La probabilità termica è una frase migliore, si riferisce direttamente alle probabilità del livello di energia, che si riferiscono direttamente alla distanza tra di loro, perché questo influenza le statistiche di distribuzione di Boltzmann, che determinano la direzione del cambiamento . La seconda legge della probabilità termica spinge i sistemi verso una maggiore energia stati, spaziature più ampie, meno degenerazione. Questo aumento generale dei gradi di libertà dinamica corrisponde a un senso di ordine. Probabilità è un termine relativo. La biologia è una probabilità del secondo ordine dove i flussi di energia sono impostati dal flusso del primo ordine. Quindi i processi darwiniani operano in uno spazio di probabilità invertito, dove labbassamento dellentropia è favorevole per fenomeni di non equilibrio mantenuti dinamicamente . )