Beste svaret
Tetraklormetan (CCl4) består av ikke-polar molekyler som interagerer via dispersjonskrefter, mens triklormetan (CHCl3) består av polare molekyler som interagerer via permanente dipol-permanente dipol-interaksjoner.
For å svare dette spørsmålet ganske enkelt, CCl4 har et høyere kokepunkt enn CHCl3 fordi dispersjonskreftene i CCl4 er omfattende nok til å være sterkere enn pd-pd-interaksjoner i CHCl3.
Nå vet jeg at lærebøker alltid sier at den generelle tommelfingerregel er at pd-pd-interaksjoner er sterkere enn dispersjonskrefter. Det er imidlertid mange unntak fra denne tommelfingerregel, og dette skyldes de forskjellige andre faktorene som påvirker den totale styrken til intermolekylære krefter.
Noen av faktorene som påvirker den generelle styrken til intermolekylære krefter. krefter er listet opp nedenfor:
- Styrken til hver intermolekylær interaksjon (dvs. hva lærebøker sier om en hydrogenbinding> en pd-pd interaksjon> en spredningskraft)
- Omfanget av intermolekylære interaksjoner (Tenk deg intermolekylære interaksjoner som «bindinger» mellom molekyler, hvor mange av slike «bindinger» som kan dannes mellom to molekyler. Jeg vil utdype dette nedenfor)
- Termodynamiske endringer som entropi (forklart i detalj i noen av de andre svarene)
- Etc
Sammenligning av CCl4 og CHCl3, CCl4 har en finere / mer symmetrisk form. Derfor kan vi forvente at pakningen blir mer kompakt. Dette vil bety at det i en prøve av CCl4 uten tvil vil være et større overflateareal for kontakt mellom to molekyler av CCl4. Et større kontaktflate ville da muliggjøre dannelse av mer omfattende intermolekylære interaksjoner.
Så i CCl4, selv om styrken til hver intermolekylær interaksjon er svakere sammenlignet med CHCl3, er omfanget av intermolekylær interaksjon i CCl4 langt overstiger den i CHCl3 slik at den totale styrken av intermolekylære interaksjoner i CCl4 er sterkere enn den i CHCl3.
For å sette denne forklaringen i perspektiv, er en beregning ved bruk av vilkårlige verdier vist nedenfor:
Styrke av en spredningskraft = 4 Styrke av en pd-pd interaksjon = 7 [Fordi pd-pd-interaksjon er sterkere enn spredningskraft]
Maks. Nei. av intermolekylære «bindinger» mellom to molekyler CCl4 = 50 Maks. Nei. av intermolekylære «bindinger» mellom to molekyler av CHCl3 = 25 [Fordi CCl4 kan pakkes mer kompakt]
Total styrke for intermolekylære «bindinger» mellom to molekyler av CCl4 = 50×4 = 200 Total styrke for intermolekylære «bindinger ”Mellom to molekyler av CHCl3 = 25×7 = 175
Håper dette forklarer ting tydelig.
Svar
Væskens kokepunkt kan være temperaturen der temperaturen slutter å stige og bobler dukker opp, men for en forsker bør det bety noe mer. Det er poenget der to motstridende tendenser når et balansepunkt, det skal anerkjennes som en likevekt. Ved å bruke din kunnskap om termodynamikk, bør du vite at dG = dH – TdS = 0 eller punktet der entalpiendring balanserer entropiendring. dH = T dS. Med andre ord T = dH / dS. Så hvis karbontetraklorid har et høyere kokepunkt, er det to mulige forklaringer, den ene er en entalpieffekt, som peker på en mulig kohesjon i flytende fase i karbontetraklorid, men vi må ikke forsømme den andre, og den andre er en entropieeffekt.
Karbontetraklorid har et større effektivt volum, noe som vil øke Van der Waals-kontakten. Det er sant, men dipolkrefter og hydrogenbindinger er vanligvis mye sterkere i et molekyl som kloroform, noe som motiverte spørsmålet ditt. Så vi må se på entropien litt nærmere. Det som løfter et kokepunkt er ikke bare bindingsenergiene, det er entropi-spillet, og termodynamisk entropi tilsvarer «Termisk Sannsynlighet «.
Generelt fører tyngre atomer til at energinivåer blir tettere plassert sammen, noe som senker entropi. Translasjonsmodi som er de viktigste bidragsyterne til entropien av gasser i CCl4 er tettere plassert enn i CHCl3. Enkelt sagt betyr dette at den termiske sannsynligheten for mer energiske molekyler senkes for karbontetraklorid.
(Det er en liten entropifordel med CHCl3 også fordi det gir større volumforsterkning, men det er bare veldig lite, og det motvirkes av noe PV-arbeid som vi uansett ignorerer. Det andre volumet effekt er den midlertidige dipoleffekten, men det er usannsynlig å være viktig i forhold til entropieffekten av molekylvekt.)
Vi kan sammenligne homologer for kokepunkter: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Jeg gjorde en rask beregning ved å dele disse BPs i kelvin med kvadratrøttene til molekylvekter, og jeg fikk:
FW justert BP CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
og da jeg regnet ut forskjellene radvis (~ 8.63) eller kolonnemessig (~ 3.43) fikk jeg gode avtaler, som jeg syntes var ganske imponerende 🙂 Det jeg har gjort er å skalere ut avstandene mellom energinivåer, for å utjevne spillefeltet, og slik at du kan se den direkte sammenhengen mellom entropi og energinivåavstand. (antall stater og degenerater påvirker også sannsynligheten for okkupasjon generelt, men de figurerer ikke her).
Hvis vi bruker den faktiske latente varmen ved koking, i stedet for standardverdiene, kan vi beregne en entropi for likevekten: CHCl3: 29,240 / 334 = 87,5 CCl4: 29,820 / 349 = 85,4 og de er ganske nærme som du ser, fordi temperaturen har kompensert for de forskjellige avstandene i energinivåene, og dette beviser også at de sammenhengende energiene ikke bestemmer faseforandringstemperaturforskjellene .:
(«Orden og uorden» er bare en grov korrelasjon til entropi. Termisk sannsynlighet er et bedre uttrykk, det relaterer seg direkte til energinivå-sannsynligheter, som er direkte relatert til avstanden mellom dem, fordi dette påvirker Boltzmann-distribusjonsstatistikken, som bestemmer endringsretningen . Den andre loven om termisk sannsynlighet driver systemene mot mer energi stater, større avstander, mindre degenerasjon. Denne generelle økningen i grader av dynamisk frihet tilsvarer en følelse av orden. Sannsynlighet er et relativt begrep. Biologi er en sannsynlighet for andre ordens, der energistrømmer settes opp av første ordens strømning. Så Darwinistiske prosesser opererer i et omvendt sannsynlighetsrom, hvor entropisenkning er gunstig for dynamisk vedlikeholdte ikke-likevektsfenomener . )