Melhor resposta
Tetraclorometano (CCl4) consiste em não polar moléculas interagindo por meio de forças de dispersão, enquanto o triclorometano (CHCl3) consiste em moléculas polares interagindo por meio de interações dipolo-dipolo permanentes (pd-pd).
Para responder esta questão simplesmente, CCl4 tem um ponto de ebulição mais alto do que CHCl3 porque as forças de dispersão em CCl4 são extensas o suficiente para serem mais fortes do que as interações PD-PD em CHCl3.
Agora, eu sei que os livros sempre dizem que a regra geral é que as interações pd-pd são mais fortes do que as forças de dispersão. Existem, no entanto, muitas exceções a essa regra prática, e isso se deve a vários outros fatores que afetam a resistência geral das forças intermoleculares.
Alguns dos fatores que afetam a resistência geral das intermoleculares as forças estão listadas abaixo:
- Força de cada interação intermolecular (ou seja, o que os livros didáticos dizem sobre uma ligação de hidrogênio> um pd-pd interação> uma força de dispersão)
- Extensividade das interações intermoleculares (imagine as interações intermoleculares como “ligações” entre moléculas, quantas dessas “ligações” podem ser formadas entre duas moléculas. Vou desenvolver isso a seguir)
- Mudanças termodinâmicas, como entropia (explicado em detalhes em algumas das outras respostas)
- Etc
Comparando CCl4 e CHCl3, CCl4 tem um forma mais agradável / mais simétrica. Portanto, podemos esperar que sua embalagem seja mais compacta. Isso significaria que em uma amostra de CCl4, haveria indiscutivelmente uma maior área de superfície de contato entre duas moléculas de CCl4. Uma maior área de superfície de contato permitiria a formação de interações intermoleculares mais extensas.
Então, em CCl4, embora a força de cada interação intermolecular seja mais fraca em comparação com CHCl3, a extensão da interação intermolecular em CCl4 excede em muito o do CHCl3, de modo que a força geral das interações intermoleculares no CCl4 é mais forte do que no CHCl3.
Para colocar esta explicação em perspectiva, um cálculo usando valores arbitrários é mostrado abaixo:
Força de um força de dispersão = 4 Força de um pd-pd interação = 7 [Porque a interação pd-pd é mais forte do que a força de dispersão]
Máx. não. de “ligações” intermoleculares entre duas moléculas de CCl4 = 50 máx. não. de “ligações” intermoleculares entre duas moléculas de CHCl3 = 25 [porque CCl4 pode ser empacotado de forma mais compacta]
Força total das “ligações” intermoleculares entre duas moléculas de CCl4 = 50×4 = 200 Força total das ligações “intermoleculares ”Entre duas moléculas de CHCl3 = 25×7 = 175
Espero que isso explique as coisas claramente.
Resposta
O ponto de ebulição de um líquido pode ser a temperatura na qual a temperatura para de subir e aparecem bolhas, mas para um cientista isso deveria significar algo mais. É o ponto onde duas tendências opostas chegam a um ponto de equilíbrio, deve ser reconhecido como um equilíbrio. Aplicando seu conhecimento de termodinâmica, você deve saber que dG = dH – TdS = 0 ou o ponto no qual a mudança de entalpia equilibra a mudança de entropia. dH = T dS. Em outras palavras, T = dH / dS. Portanto, se o tetracloreto de carbono tem um ponto de ebulição mais alto, há duas explicações possíveis, uma é o efeito de entalpia, que aponta para uma possível coesão da fase líquida no tetracloreto de carbono, mas não devemos negligenciar a outra, e a outra é um efeito de entropia.
O tetracloreto de carbono tem um volume efetivo maior, o que aumentaria o contato de Van der Waals, é verdade, mas as forças dipolo e as ligações de hidrogênio são normalmente muito mais fortes em uma molécula como o clorofórmio, o que motivou sua pergunta. Portanto, precisamos examinar a entropia um pouco mais de perto. O que eleva um ponto de ebulição não são apenas as energias de ligação, é o jogo da entropia, e a entropia termodinâmica é equivalente a “Térmica Probabilidade “.
De um modo geral, átomos mais pesados fazem com que os níveis de energia sejam mais espaçados, o que diminui a entropia. Os modos de translação que são os maiores contribuintes para a entropia dos gases em CCl4 são mais espaçados do que em CHCl3. Em termos simples, isso significa que a probabilidade térmica de moléculas mais energéticas é reduzida para o tetracloreto de carbono.
(Há uma ligeira vantagem de entropia no CHCl3 também porque faz um ganho de volume maior, mas isso é apenas muito pequeno, e é contrabalançado por algum trabalho de PV que também estamos ignorando de qualquer maneira. O outro volume efeito é o efeito dipolo temporário, mas é improvável que seja importante em comparação com o efeito de entropia do peso molecular.)
Podemos comparar homólogos para pontos de ebulição: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Fiz um cálculo rápido dividindo esses BPs em kelvins pelas raízes quadradas dos pesos moleculares e obtive:
BP ajustado por FW CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
e quando resolvi as diferenças entre linhas (~ 8,63) ou colunas (~ 3,43), obtive excelentes acordos, o que achei bastante impressionante 🙂 O que fiz foi escalar horizontalmente os espaçamentos entre os níveis de energia, para nivelar o campo de jogo, e assim você pode ver a conexão direta entre a entropia e os espaçamentos dos níveis de energia. (o número de estados e degenerados também afetam a probabilidade de ocupação em termos gerais, mas eles não figuram aqui).
Se usarmos os calores latentes reais em ebulição, em vez dos valores padrão, então podemos calcule uma entropia para os próprios equilíbrios: CHCl3: 29.240 / 334 = 87,5 CCl4: 29.820 / 349 = 85,4 e eles são bastante próximos como você pode ver, porque a temperatura compensou os diferentes espaçamentos nos níveis de energia, e isso também prova que as energias coesivas não estão determinando as diferenças de temperatura de mudança de fase .:
(“Ordem e desordem” é apenas uma correlação aproximada com a entropia. A probabilidade térmica é uma frase melhor, se relaciona diretamente às probabilitites de nível de energia, que se relacionam diretamente ao espaçamento entre eles, porque isso afeta as estatísticas de distribuição de Boltzmann, que determinam a direção da mudança . A segunda lei da probabilidade térmica leva os sistemas a mais energia estados, espaçamentos maiores, menos degenerescência. Este aumento geral em graus de liberdade dinâmica corresponde a um senso de ordem. Probabilidade é um termo relativo. Biologia é uma probabilidade de segunda ordem, onde os fluxos de energia são configurados pelo fluxo de primeira ordem. Portanto, os processos darwinianos operam em um espaço de probabilidade invertido, onde a redução da entropia é favorável para fenômenos de não equilíbrio mantidos dinamicamente . )