題:
為什麼對二氯苯的熔點比鄰二氯苯和間二氯苯的熔點高?
Apurv
2014-03-07 16:46:17 UTC
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我正在研究鹵代烷基和芳基鹵化物,並在我的教科書中註意到以下陳述:

p -二氯苯比 o -二氯苯和 m -二氯苯。

我考慮過,但無法得出結論。為什麼上​​述主張是正確的?

@NicolauSakerNeto,感謝您的鏈接。熔點呢? (問題已編輯)
* o *-二氯苯比* p *-二氯苯具有更高的密度,並且偶極矩較小。它的熔點和沸點較低,這真讓我感到困惑。我期待對此有一個好的答案。
@NicolauSakerNeto, GODPARTICLE的答案說明了溶解度...您認為這是正確的嗎?但是那鏈接呢?我糊塗了。
五 答案:
Immortal Player
2014-03-07 18:54:53 UTC
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通常,-異構體的熔點比-或異構體的熔點高。這是由於其具有對稱結構的事實,因此,其分子可以容易地緊密堆積在晶格中。結果,分子間的吸引力更強,因此需要更大的能量來破壞其晶格並在更高的溫度下熔化。這個問題很容易回答。

如果考慮溶解度。它們不溶於水,但溶於有機溶劑。通常,異構體比異構體在有機溶劑中的溶解度更高。這是一個有趣的問題。

每種化合物(更具體地講是固體)都不溶於給定的化合物。通常,如果分子間相互作用相似,則液體溶解在液體中。這符合規則“像一樣溶解”,離子或極性化合物更容易溶於極性溶劑。非極性化合物(共價或有機)可溶於非極性溶劑。

如果考慮使用 p -二氯苯,它的偶極矩為零,因此更非極性比 o -二氯苯的偶極矩約為 $ \ pu {2.54 D} $ span>。因此,在非極性(有機)溶劑中,非極性 p -二氯苯比 o -二氯苯更易溶解。

您所說的“它具有對稱結構”是什麼意思,因為所有這些都具有對稱軸。
在碳平面中,1,4異構體沿著一個比1、2和1,3異構體更多的軸對稱,因為它在包括兩個氯原子的直線上對稱,並且在垂直於碳原子的直線上對稱。第一行,並等分分子。
Nicolau Saker Neto
2014-03-09 00:10:36 UTC
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我需要發表一些評論,但是它們太大了,無法實際容納在評論中,因此我要提出另一個答案。我將藉此機會提供一些背景知識,這可能對您現在來說有點過分,但將來可能會有用。很抱歉,我的所有答案都過於冗長和乾燥!

有許多因素共同構成了一種物質的可觀察物理特性。在討論溶解度,熔點和沸點時,分析分子之間的分子間力至關重要。

首先讓我們從溶解度開始。在定義了一種物質的極性概念後(基於分子中存在的電偶極子的強度),人們很快就會發現,“像溶解一樣”。這是一個非常近似的經驗法則,它依賴於對分子間力的定性描述。為了使一種物質 $ A $ span>溶於另一種物質 $ B $ span>,那麼分子間 $ A \ dotsb A $ span>力和 $ B \ dotsb B $ span>力被破壞以創建 $ A \ dotsb B $ span>部隊,這個過程必須是有利的。我們說“像喜歡溶解”是因為如果 $ A $ span>和 $ B $ span>類似,則 $ A $ span>- $ B $ span>形成的交互可能與 $ A \ dotsb A $ span>和 $ B \ dotsb B $ span>,因此每種物質的分子都傾向於混合得很好。如果 $ A $ span>和 $ B $ span>非常不同,則 $ A \ dotsb B $ span>交互將比 $ A \ dotsb A $ span>和 $ B \ dotsb B $ span>,因此物質分開了。

分子內相互作用全都與遠距離的靜電相互作用有關。從庫侖的靜電定律中可以明顯看出,所涉及的電荷越高,吸引力和排斥力越強。即使在中性分子中,分子中通常也會有一部分帶有少量負電荷,而另一部分帶有少量正電荷。我們將同一對像中的這些帶相反電荷的區域稱為,當連接兩個帶相反電荷的區域時,它們形成一個偶極子。偶極子的特徵是稱為偶極矩的東西,它是一個矢量(具有方向和大小的量)。根據過量負電荷和正電荷在空間上的集中程度,偶極子的強度會有所不同。弱偶極子的電荷分離很少,而強偶極子的電荷分離很多。偶極子的強度決定了物質的極性,這是對極性的量化。

正如我提到的,大多數分子間力本質上是靜電的。較小的電荷和偶極子傾向於引起較弱的分子間相互作用,而較大的電荷和偶極子傾向於引起更強的分子間相互作用。如果混合 $ A $ span>和 $ B $ span>的物質,它們都具有弱偶極子(低極性)或兩者都具有具有強偶極子(高極性),則 $ A \ dotsb B $ span>相互作用類似於 $ A \ dotsb A $ 和 $ B \ dotsb B $ span>,因此它們傾向於溶解。但是,如果您將 $ A $ span>和 $ B $ span>混合在一起,使 $ A $ span>具有低極性,而 $ B $ span>具有高極性,則之間的靜電力$ B \ dotsb B $ span>將比“> $ B \ dotsb A $ span>強,並且沒有驅動力 $ B $ span>與 $ A $ span>混合。

所有這些討論都是為了證明為什麼極性是確定兩種物質是否混合的重要原因。在您的特定情況下,您正在研究將水(一種高極性物質)與二氯苯混合。通過比較原子在分子中的位置和原子的電負性(電負性可量化元素對電子的渴望程度),可以近似地計算出分子中存在的偶極子。例如,碳和氫原子具有相似的電負性,因此當它們鍵合時,它們形成近似非極性的鍵。當氯和碳鍵合時,前者俱有明顯更高的電負性,因此它將稍微拉動該鍵的電子,從而使氯獲得少量負電荷,而碳獲得少量正電荷,因此我們稱該鍵為

在二氯苯(DCBs)中,這意味著 $ \ ce {C-Cl} $ span>鍵中存在偶極矩。在 ortho -DCB中,每個鍵的偶極矩指向相似的方向(兩個相等的矢量,它們的 $ 60 ^ \ circ $ span>角它們之間),因此它們的作用加在一起,物質具有某種極性。在 meta -DCB中,偶極子彼此背對(兩個相等的矢量,它們之間的夾角為 $ 120 ^ \ circ $ span> ),因此它們的作用幾乎抵消了一點,並且分子只留下了輕微的極性。對於 para -DCB,向量完全相反且相等(兩個相等的向量,它們之間的夾角為 $ 180 ^ \ circ $ span>),因此他們完全抵消了;這意味著 para -DCB是非極性分子,即使它具有一些極性鍵。

由於水是高極性物質,因此如果我們假設極性較高的二氯苯會更易溶,那麼我們預計溶解度將以 p -DCB < m的順序增加 -DCB < o -DCB。 實驗數據表明,它們在水中的溶解度約為 $ \ pu {80 mg / L} $ span>, $ \ pu {125 mg / L} $ span>和”> p em的$ \ pu {156 mg / L} $ span> > -DCB, m -DCB和 o -DCB。正是我們所期望的!請注意,即使極性最強的 o -DCB在水中的溶解度也非常低。這是因為DCB分子中的極性區域相對於非極性區域非常小。

因此我們獲得了溶解性。現在具有相同的分子間作用力背景,解釋沸點行為相對簡單。當一種物質被加熱到接近其沸點時,您將賦予分子幾乎足夠的能量來破壞分子間 $ A \ dotsb A $ span>力。 $ A \ dotsb A $ span>的力量越強,則需要更多的精力來克服它們。在所有其他條件都相同的情況下,高極性分子的 $ A \ dotsb A $ span>相互作用要強於低極性分子,因為其中存在更大的電荷和更大的靜電相互作用高極性分子。

再次,僅通過觀察極性,我們預計沸點趨勢為 p -DCB < m -DCB < o - DCB。實驗數據表明,沸點為 $ \ pu {174 ^ \ circ C} $ span>, $ \ pu {173 ^ \ circ C} $ span>和 $ \ pu {180 ^ \ circ C} $ span>用於 p -DCB, m -DCB和 o -DCB。預期趨勢和實驗趨勢並不完全相同。這可能是因為 p -DCB和 m -DCB之間的極性差異很小,以至於需要考慮其他因素。

解釋熔點比沸點難得多。極性以外的其他幾項因素也會嚴重影響熔化溫度。 我以前有關於此事的帖子,提供了一些一般信息。對於二氯苯,似乎分子對稱和固體堆積是主要的作用。 Chem.SE用戶Al叔叔提供了顯示該因子強度的化合物列表

Apurv
2014-03-07 18:46:22 UTC
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我認為這種推理就足夠了(雖然不確定):

對二氯苯比鄰和間異構體更對稱。因此,它比晶格中的o和m異構體更緊密地配合。因此,需要更多的能量來破壞對二氯苯的晶格。結果,對二氯苯的熔點高於鄰和間異構體。

有什麼想法?

我相信一半正確。您可能要修改答案。對稱不一定提供“更緊密的”包裝。在這種情況下,由於p的密度是三個密度中最低的,因此堆積不緊密。但是,在這種情況下,對稱使分子在環的兩面上都具有氫原子,可以與垂直環上的離域電子相互作用,而無需鹵化物將它們推開。在同一面上有兩個鹵化物只會使氫自由地與一側上的離域電子相互作用。
Fiza Qureshi
2017-05-17 13:20:17 UTC
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非對稱的p-異構體緊密配合在晶格中,因此具有比鄰和m-異構體更強的分子間吸引力。由於在熔融或溶解過程中,晶格破裂。因此,熔化或溶解p-異構體所需的能量比相應的o-和m-異構體要大。換句話說,p-異構體的熔點比相應的o-和m-異構體的熔點更高,而其溶解度則更低。

bingung
2014-03-07 18:13:26 UTC
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p-異構體比o-和m-異構體更具線性,因此具有更大的分子間吸引力表面積。

為什麼具有更大的表面積?原子是相同的,並且佔據相同的面積。
我認為從技術上講,在鄰位異構體(也可以說是元異構體)中,可用於相互作用的表面積較小。兩個氯原子之間的區域太小,因此沒有分子或原子可以與該區域相互作用。但是,我認為這不是最好的答案。


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