Cel mai bun răspuns
Tetraclorometanul (CCl4) constă din nepolar molecule care interacționează prin forțe de dispersie, în timp ce triclorometanul (CHCl3) constă din molecule polare care interacționează prin interacțiuni permanente dipol-dipol permanent (pd-pd).
Pentru a răspunde această întrebare pur și simplu, CCl4 are un punct de fierbere mai mare decât CHCl3, deoarece forțele de dispersie din CCl4 sunt suficient de extinse pentru a fi mai puternice decât interacțiunile pd-pd din CHCl3.
Acum, știu că manualele spun întotdeauna că regula generală este că interacțiunile pd-pd sunt mai puternice decât forțele de dispersie. Există, totuși, multe excepții de la această regulă generală și acest lucru se datorează diferiților alți factori care afectează rezistența generală a forțelor inter-moleculare.
Unii dintre factorii care afectează rezistența generală a intermoleculare forțele sunt enumerate mai jos:
- Puterea fiecare interacțiune intermoleculară (Adică ce spun manualele despre o legătură de hidrogen> una pd-pd interacțiune> o singură forță de dispersie)
- Extensivitatea interacțiunilor intermoleculare (imaginați-vă interacțiunile intermoleculare ca „legături” între molecule, câte dintre aceste „legături” se pot forma între două molecule. Voi detalia mai jos)
- Modificări termodinamice, cum ar fi entropia (explicată în detaliu în unele dintre celelalte răspunsuri)
- Etc
Comparând CCl4 și CHCl3, CCl4 are o formă mai frumoasă / mai simetrică. Prin urmare, ne putem aștepta ca ambalarea acestuia să fie mai compactă. Acest lucru ar însemna că într-un eșantion de CCl4, ar exista, probabil, o suprafață mai mare de contact între două molecule de CCl4. O suprafață mai mare de contact ar permite formarea de interacțiuni intermoleculare mai extinse.
Deci, în CCl4, chiar dacă puterea fiecărei interacțiuni intermoleculare este mai slabă în comparație cu CHCl3, extensivitatea interacțiunii intermoleculare în CCl4 o depășește cu mult pe cea din CHCl3, astfel încât puterea generală a interacțiunilor intermoleculare din CCl4 este mai puternică decât cea din CHCl3.
Pentru a pune această explicație în perspectivă, un calcul folosind valori arbitrare este prezentat mai jos:
Forța una forță de dispersie = 4 Forța una interacțiune pd-pd = 7 [Deoarece interacțiunea pd-pd este mai puternică decât forța de dispersie]
Max. Nu. de „legături” intermoleculare între două molecule de CCl4 = 50 Max. Nu. de „legături” intermoleculare între două molecule de CHCl3 = 25 [Deoarece CCl4 poate fi ambalat mai compact]
Puterea generală a „legăturilor” intermoleculare între două molecule de CCl4 = 50×4 = 200 Puterea generală a legăturilor „intermoleculare ”Între două molecule de CHCl3 = 25×7 = 175
Sper că acest lucru explică clar lucrurile.
Răspuns
Punctul de fierbere al unui lichid poate fi temperatura la care temperatura nu mai crește și apar bule, dar pentru un om de știință ar trebui să însemne ceva mai mult. Este punctul în care două tendințe opuse ajung la un punct de echilibru, ar trebui recunoscut ca un echilibru. Aplicând cunoștințele dvs. despre termodinamică, ar trebui să știți că dG = dH – TdS = 0 sau punctul în care schimbarea entalpiei echilibrează schimbarea entropiei. dH = T dS. Cu alte cuvinte T = dH / dS. Deci, dacă tetraclorura de carbon are un punct de fierbere mai mare, atunci există două explicații posibile, una este un efect de entalpie, care indică o posibilă coeziune a fazei lichide în tetraclorura de carbon, dar nu trebuie să o neglijăm pe cealaltă, iar cealaltă este un efect de entropie.
Tetraclorura de carbon are un volum efectiv mai mare, ceea ce ar crește contactul Van der Waals, este adevărat, dar forțele dipol și legăturile de hidrogen sunt de obicei mult mai puternice într-o moleculă precum cloroformul, ceea ce a motivat întrebarea. Deci, trebuie să privim entropia un pic mai atent. Ceea ce ridică un punct de fierbere nu sunt doar energiile de legare, ci jocul de entropie, iar entropia termodinamică este echivalentă cu „Termic Probabilitate „.
În general, atomii mai grei determină distanțarea mai apropiată a nivelurilor de energie, ceea ce scade entropia. Modurile de translație care contribuie la entropia gazelor în CCl4 sunt mai strâns distanțate decât în CHCl3. În termeni simpli, aceasta înseamnă că probabilitatea termică a unor molecule mai energice este redusă pentru tetraclorură de carbon.
(Există un ușor avantaj de entropie pentru CHCl3, de asemenea, deoarece crește un volum mai mare, dar este doar foarte mic și este contracarat de unele lucrări fotovoltaice pe care, de asemenea, le ignorăm oricum. Celălalt volum efectul este efectul dipol temporar, dar este puțin probabil să fie important în comparație cu efectul de entropie al greutății moleculare.)
Putem compara omologii pentru punctele de fierbere: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Am făcut un calcul rapid împărțind aceste BP în kelvini la rădăcinile pătrate ale greutăților moleculare și am obținut:
FW BP ajustat CHCl3: 30.598 CCl4: 21.978 CHBr3: 34.048 CBr4 : 24.403
și când am găsit diferențele la rând (~ 8.63) sau la nivel de coloană (~ 3.43) am obținut acorduri excelente, ceea ce mi s-a părut destul de impresionant 🙂 Ceea ce am făcut este să extind distanțele dintre nivelurile de energie, pentru a echilibra terenul de joc și astfel puteți vedea conexiunea directă între entropie și distanțele la nivel de energie. (numărul de stări și degenerate afectează, de asemenea, probabilitatea ocupării în termeni generali, dar nu figurează aici).
Dacă folosim căldurile latente reale la fierbere, mai degrabă decât valorile standard, atunci putem calculați o entropie pentru echilibrele în sine: CHCl3: 29,240 / 334 = 87,5 CCl4: 29,820 / 349 = 85,4 și sunt destul de apropiate, după cum puteți vedea, deoarece temperatura a compensat diferitele distanțări ale nivelurilor de energie și acest lucru se dovedește, de asemenea, că energiile de coeziune nu determină diferențele de temperatură ale schimbării fazei .:
(„Ordinea și tulburarea” este doar un corelat aproximativ cu entropia. Probabilitatea termică este o frază mai bună, se referă direct la probabilitățile de nivel de energie, care se referă direct la distanța dintre ele, deoarece aceasta afectează statisticile de distribuție Boltzmann, care determină direcția schimbării . A doua lege a probabilității termice conduce sistemele către mai multă energie stări, distanțe mai largi, mai puțină degenerare. Această creștere generală a gradelor de libertate dinamică corespunde unui sentiment de ordine. Probabilitatea este un termen relativ. Biologia este o probabilitatea de ordinul doi, unde fluxurile de energie sunt stabilite prin fluxul de prim ordin. Deci, procesele darwiniene operează într-un spațiu de probabilitate inversat, unde scăderea entropiei este favorabilă fenomenelor neechilibrate menținute dinamic . )