为什么即使摩尔质量相似,氟烷烃的沸点也比氯烷烃低?

时间:2022-03-09 08:33:07   作者:
首先,我们来看看你们对沸点的理解是否正确。下面是一些线性1-卤代烷烃的沸点与分子质量的关系图。每个系列都是从一个碳开始的(甲烷,氟甲烷,氯甲烷,等等)然后每个点增加一个碳,直到我能找到它们的沸点。

为什么即使摩尔质量相似,氟烷烃的沸点也比氯烷烃低

注意你说的不是真的:烷烃,1氟烷烃和1氯烷烃在分子质量相似的情况下沸点非常相似;它们的沸点与MW曲线大致相同。最大的偏差是溴化物和碘化物,它们的沸点比根据分子质量应该要低。

这是因为这些分子间的力主要是伦敦力。伦敦力受到分子偶极子的帮助,但很大程度上取决于分子表面积。我们发现,1-溴代烷烃和1-碘代烷烃密度更大——在相同的表面积下,它们的质量更大——因此它们的趋势在图中位于烷烃的右侧。例如,从图中我们可以看出,碘乙烷的沸点和戊烷差不多,所以碘的表面积和极性的组合对沸点的影响与添加四个碳(和它们的氢)差不多。同样,溴甲烷的分子间作用力和丁烷差不多。

真正有趣的是氟烷烃和氯烷烃序列。氟原子明显比甲基小;氯和甲基的大小差不多。

为什么即使摩尔质量相似,氟烷烃的沸点也比氯烷烃低

为了使氟甲烷的沸点比乙烷略高,表面积更小,偶极引力必须增加伦敦力。氯甲烷也是如此;它的表面积和乙烷差不多,但沸点和丙烷差不多。烷烃、1氟烷烃和1氯烷烃的沸点与分子质量曲线相同的原因是一个氟的重量相当于一个甲基,它引入的极性相当于烷烃链上一个甲基的重量,尽管它的表面积要小得多。一个氯的重量比两个甲基多一点,它的表面积只有一个甲基,所以它的极性就像氟一样,相当于在烷烃链上加上一个甲基。

但是溴和碘,虽然它们的重量都相当于几个甲基,但它们的极性和表面积不足以产生类似分子质量的碳氢化合物所具有的分子间作用力。
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