Najlepsza odpowiedź
Tetrachlorometan (CCl4) składa się z niepolarnych cząsteczki oddziałujące za pomocą sił dyspersji, podczas gdy trichlorometan (CHCl3) składa się z cząsteczek polarnych oddziałujących za pośrednictwem trwałych oddziaływań dipol-permanent dipol (pd-pd).
Aby odpowiedzieć to pytanie jest proste, CCl4 ma wyższą temperaturę wrzenia niż CHCl3, ponieważ siły dyspersji w CCl4 są wystarczająco duże, aby być silniejsze niż interakcje pd-pd w CHCl3.
Wiem, że podręczniki zawsze mówią, że Ogólna praktyczna zasada jest taka, że oddziaływania pd-pd są silniejsze niż siły dyspersyjne. Istnieje jednak wiele wyjątków od tej praktycznej reguły, a wynika to z różnych innych czynników, które wpływają na ogólną siłę sił międzycząsteczkowych.
Niektóre z czynników, które wpływają na ogólną wytrzymałość międzycząsteczkowych siły są wymienione poniżej:
- Siła każdej interakcji międzycząsteczkowej (tj. co podręczniki mówią o jednym wiązaniu wodorowym> jedno pd-pd interakcja> jedna siła rozpraszająca)
- Rozległość oddziaływań międzycząsteczkowych (Wyobraź sobie interakcje międzycząsteczkowe jako „wiązania” między cząsteczkami, ile takich „wiązań” można utworzyć między dwiema cząsteczkami. Opiszę to poniżej)
- Zmiany termodynamiczne, takie jak entropia (szczegółowo wyjaśnione w niektórych innych odpowiedziach)
- Etc
Porównując CCl4 i CHCl3, CCl4 ma ładniejszy / bardziej symetryczny kształt. Dlatego możemy oczekiwać, że jego opakowanie będzie bardziej kompaktowe. Oznaczałoby to, że w próbce CCI4 prawdopodobnie byłoby większe pole powierzchni kontaktu między dwiema cząsteczkami CCI4. Większa powierzchnia kontaktu umożliwiłaby wówczas tworzenie bardziej rozległych oddziaływań międzycząsteczkowych.
Tak więc w CCl4, mimo że siła każdego oddziaływania międzycząsteczkowego jest słabsza w porównaniu z CHCl3, rozległość interakcji międzycząsteczkowej w CCl4 znacznie przewyższa tę w CHCl3, tak że ogólna siła oddziaływań międzycząsteczkowych w CCl4 jest silniejsza niż w CHCl3.
Aby spojrzeć na to wyjaśnienie z odpowiedniej perspektywy, poniżej przedstawiono obliczenia wykorzystujące arbitralne wartości:
Siła jeden siła rozproszenia = 4 Siła jeden pd-pd interakcja = 7 [Ponieważ interakcja pd-pd jest silniejsza niż siła rozpraszania]
Max. Nie. międzycząsteczkowych „wiązań” między dwiema cząsteczkami CCl4 = 50 Max. Nie. międzycząsteczkowych „wiązań” między dwiema cząsteczkami CHCl3 = 25 [Ponieważ CCl4 może być bardziej zwarty]
Całkowita siła „wiązań” międzycząsteczkowych między dwiema cząsteczkami CCl4 = 50×4 = 200 Całkowita siła „wiązań międzycząsteczkowych” ”Pomiędzy dwiema cząsteczkami CHCl3 = 25×7 = 175
Mam nadzieję, że to wyjaśnia wszystko jasno.
Odpowiedź
Punktem wrzenia cieczy może być temperatura, w której temperatura przestaje rosnąć i pojawiają się bąbelki, ale dla naukowca powinno to oznaczać coś więcej. Jest to punkt, w którym dwie przeciwstawne tendencje osiągają punkt równowagi, należy to uznać za równowagę. Korzystając z wiedzy z zakresu termodynamiki, powinieneś wiedzieć, że dG = dH – TdS = 0 lub punkt, w którym zmiana entalpii równoważy zmianę entropii. dH = T dS. Innymi słowy T = dH / dS. Więc jeśli czterochlorek węgla ma wyższą temperaturę wrzenia, to istnieją dwa możliwe wyjaśnienia, jedno to efekt entalpii, który wskazuje na możliwą spójność fazy ciekłej w czterochlorku węgla, ale nie możemy lekceważyć drugiego, a drugim jest efekt entropii.
Tetrachlorek węgla ma większą efektywną objętość, co zwiększyłoby kontakt Van der Waalsa, to prawda, ale siły dipolowe i wiązania wodorowe są zwykle znacznie silniejsze w cząsteczce takiej jak chloroform, co zmotywowało twoje pytanie. Musimy więc przyjrzeć się bliżej entropii. To, co podnosi punkt wrzenia, to nie tylko energia wiązania, jest to gra entropii, a entropia termodynamiczna jest równoważna z „Thermal Prawdopodobieństwo ”.
Ogólnie rzecz biorąc, cięższe atomy powodują, że poziomy energii są bliżej siebie rozmieszczone, co obniża entropię. Mody translacyjne, które są głównymi czynnikami wpływającymi na entropię gazów w CCl4, są bliżej oddalone niż w CHCl3. Mówiąc prościej, oznacza to, że prawdopodobieństwo termiczne molekuł o większej energii jest obniżone w przypadku czterochlorku węgla.
(CHCl3 ma niewielką przewagę entropii również dlatego, że powoduje większy przyrost głośności, ale jest to tylko bardzo małe i jest przeciwstawiane niektórym działaniom PV, które i tak również ignorujemy. efektem jest tymczasowy efekt dipolowy, ale jest mało prawdopodobne, aby był ważny w porównaniu z efektem entropii masy cząsteczkowej.)
Możemy porównać homologi dla temperatur wrzenia: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Wykonałem szybkie obliczenia, dzieląc te BP w kelwinach przez pierwiastki kwadratowe mas cząsteczkowych i otrzymałem:
BP skorygowane o FW CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
i kiedy opracowałem różnice w odniesieniu do wierszy (~ 8,63) lub kolumn (~ 3,43), otrzymałem doskonałe uzgodnienia, które uznałem za całkiem imponujące 🙂 To, co zrobiłem, to skalowanie odstępy między poziomami energii, aby wyrównać szanse, dzięki czemu można zobaczyć bezpośredni związek między entropią a odstępami poziomów energii. (liczba stanów i degeneratów również wpływa na prawdopodobieństwo zajęcia w ujęciu ogólnym, ale nie ma ich tutaj).
Jeśli użyjemy rzeczywistych temperatur utajonych podczas wrzenia zamiast wartości standardowych, możemy obliczyć entropię dla samych równowag: CHCl3: 29,240 / 334 = 87,5 CCl4: 29,820 / 349 = 85,4 i są one dość bliskie, jak widać, ponieważ temperatura skompensowała różne odległości poziomów energii, co również dowodzi że energie kohezyjne nie determinują różnic temperatur zmiany fazy .:
(„Porządek i nieporządek” to tylko przybliżona korelacja z entropią. Prawdopodobieństwo termiczne wynosi lepsza fraza, odnosi się bezpośrednio do probabilitów poziomu energii, które odnoszą się bezpośrednio do odstępów między nimi, ponieważ wpływa to na statystyki rozkładu Boltzmanna, które określają kierunek zmian . Druga zasada prawdopodobieństwa termicznego kieruje systemy w kierunku większej ilości energii stany, szersze odstępy, mniej degeneracji. Ten ogólny wzrost stopni swobody dynamicznej odpowiada poczuciu porządku. Prawdopodobieństwo jest terminem względnym. Biologia to prawdopodobieństwo drugiego rzędu, gdzie strumienie energii są ustalane przez przepływ pierwszego rzędu. Zatem procesy darwinowskie działają w odwróconej przestrzeni prawdopodobieństwa, gdzie obniżenie entropii jest korzystne dla dynamicznie utrzymujących się zjawisk nierównowagowych . )