Bästa svaret
Tetraklormetan (CCl4) består av icke-polärt molekyler som interagerar via dispersionskrafter, medan triklormetan (CHCl3) består av polära molekyler som interagerar via interaktioner med permanent dipol-permanent dipol (pd-pd).
denna fråga helt enkelt, CCl4 har en högre kokpunkt än CHCl3 eftersom dispersionskrafterna i CCl4 är tillräckligt omfattande för att vara starkare än pd-pd-interaktioner i CHCl3.
Nu vet jag att läroböcker alltid säger att den allmänna tumregeln är att pd-pd-interaktioner är starkare än dispersionskrafter. Det finns dock många undantag från denna tumregel, och detta beror på de olika andra faktorer som påverkar den totala styrkan av intermolekylära krafter.
Några av de faktorer som påverkar den intermolekylära styrkan. krafter listas nedan:
- Styrka för vardera intermolekylär interaktion (dvs vad läroböcker säger om en vätebindning> en pd-pd interaktion> en dispersionskraft)
- Intermolekylära interaktioners omfattning (Tänk dig intermolekylära interaktioner som ”bindningar” mellan molekyler, hur många av sådana ”bindningar” kan bildas mellan två molekyler. Jag kommer att utarbeta detta nedan)
- Termodynamiska förändringar såsom entropi (förklaras i detalj i några av de andra svaren)
- Etc
Jämförelse av CCl4 och CHCl3, CCl4 har en snyggare / mer symmetrisk form. Därför kan vi förvänta oss att förpackningen blir mer kompakt. Detta skulle innebära att i ett prov av CCl4 skulle det utan tvekan finnas en större ytarea för kontakt mellan två molekyler av CCl4. En större yta för kontakt skulle då möjliggöra bildandet av mer omfattande intermolekylära interaktioner.
Så i CCl4, även om styrkan för varje intermolekylär interaktion är svagare jämfört med CHCl3, är omfattningen av intermolekylär interaktion i CCl4 överstiger långt det i CHCl3 så att den totala styrkan av intermolekylära interaktioner i CCl4 är starkare än den i CHCl3.
För att sätta denna förklaring i perspektiv visas en beräkning med godtyckliga värden nedan:
Styrka av en spridningskraft = 4 Styrka av en pd-pd-interaktion = 7 [Eftersom pd-pd-interaktion är starkare än dispersionskraft]
Max. Nej. av intermolekylära ”bindningar” mellan två molekyler av CCl4 = 50 Max. Nej. av intermolekylära ”bindningar” mellan två molekyler av CHCl3 = 25 [Eftersom CCl4 kan packas mer kompakt]
Total styrka av intermolekylära ”bindningar” mellan två molekyler av CCl4 = 50×4 = 200 Total styrka av intermolekylära ”bindningar ”Mellan två molekyler CHCl3 = 25×7 = 175
Hoppas att detta förklarar saker tydligt.
Svar
En vätskas kokpunkt kan vara den temperatur vid vilken temperaturen slutar stiga och bubblor dyker upp, men för en forskare borde det betyda något mer. Det är den punkt där två motsatta tendenser når en balanspunkt, det bör erkännas som en jämvikt. Om du använder dina kunskaper om termodynamik, bör du veta att dG = dH – TdS = 0 eller den punkt där entalpiändring balanserar entropiändring. dH = T dS. Med andra ord T = dH / dS. Så om koltetraklorid har en högre kokpunkt är det två möjliga förklaringar, den ena är en entalpieffekt, vilket pekar på en möjlig vätskefas sammanhållning i koltetraklorid, men vi får inte försumma den andra, och den andra är en entropieffekt.
Koltetraklorid har en större effektiv volym, vilket skulle öka Van der Waals-kontakten, det är sant, men dipolkrafter och vätebindningar är vanligtvis mycket starkare i en molekyl som kloroform, vilket motiverade din fråga. Så vi måste titta på entropin lite närmare. Det som höjer en kokpunkt är inte bara bindningsenergierna, det är entropispelet och termodynamisk entropi motsvarar ”Thermal Sannolikhet ”.
Generellt sett medför tyngre atomer att energinivåerna placeras närmare varandra, vilket sänker entropin. Translationslägen som är de största bidragsgivarna till entropin av gaser i CCl4 är närmare placerade än i CHCl3. Enkelt uttryckt betyder detta att den termiska sannolikheten för mer energiska molekyler sänks för koltetraklorid.
(Det finns en liten entropifördel för CHCl3 också för att det ger en större volymökning, men det är bara mycket litet, och det motverkas av något PV-arbete som vi ändå ignorerar. Den andra volymen effekt är den tillfälliga dipoleffekten, men det är osannolikt att det är viktigt i jämförelse med entropieffekten av molekylvikten.)
Vi kan jämföra homologer för kokpunkter: CHCl3: 61,2 CCl4: 76,3 CHBr3: 149,1 CBr4 : 189.5
Jag gjorde en snabb beräkning genom att dela dessa BPs i kelvin med kvadratrötterna av molekylvikter och jag fick:
FW justerad BP CHCl3: 30,598 CCl4: 21,978 CHBr3: 34,048 CBr4 : 24.403
och när jag räknade ut skillnaderna radvis (~ 8.63) eller kolumnvis (~ 3.43) fick jag utmärkta avtal, som jag tyckte var ganska imponerande 🙂 Vad jag har gjort är att skala ut avstånden mellan energinivåer, för att jämna ut spelplanen, och så kan du se den direkta kopplingen mellan entropi och energinivåavstånd. (antal stater och degenererar påverkar också sannolikheten för ockupation i allmänna termer men de räknas inte här).
Om vi använder de faktiska latenta värmerna vid kokning, snarare än standardvärdena, kan vi beräkna en entropi för själva jämvikten: CHCl3: 29 240/334 = 87,5 CCl4: 29 820/349 = 85,4 och de är ganska nära som du kan se, eftersom temperaturen har kompenserat för de olika avstånden i energinivåerna, och detta bevisar också att de sammanhängande energierna inte bestämmer fasskillnadens temperaturskillnader .:
(”Ordning och störning” är bara ett grovt samband med entropi. Termisk sannolikhet är en bättre fras, den hänför sig direkt till sannolikhetsnivåer på energinivå, som relaterar direkt till avståndet mellan dem, eftersom detta påverkar Boltzmanns fördelningsstatistik, som bestämmer förändringsriktningen . Den andra lagen om termisk sannolikhet driver system mot mer energi stater, bredare avstånd, mindre degenerering. Denna allmänna ökning av grader av dynamisk frihet motsvarar en känsla av ordning. Sannolikhet är en relativ term. Biologi är en sannolikhet av andra ordningen, där energiflöden ställs in av första ordningens flöde. Så darwinistiska processer fungerar i ett inverterat sannolikhetsutrymme, där entropisänkning är gynnsamt för dynamiskt underhållna icke-jämviktsfenomen . )