为什么CH4的沸点比CO高?

时间:2022-12-04 10:56:23   作者:
这两种化合物的沸点都很低,表明分子间的吸引力非常弱:
 
  • CO  -191.5°C
  • CH4 -161.5°C

比较一下氨,它的分子间作力适中,沸点为-33.3°C。

CO的偶极矩很弱,只有0.122 d,甲烷的偶极矩为零,所以我们很天真地认为它的分子间作力比一氧化碳弱。但它的沸点表明情况并非如此。我们该如何解释呢?注意氨的偶极矩是1.42 D。一氧化碳中的分子间作力是基于弱偶极矩对应的弱偶极-偶极引力。同时,基于瞬时偶极,我们预计甲烷只有伦敦力。

由于伦敦力的作用,你可能会认为一氧化碳有更多的吸引力,但一氧化碳是一种“硬”分子,不太极化。通过分子振动形成的瞬时偶极子对它也没有多大帮助。一氧化碳的红外光谱只显示了C-O拉伸振动,这短暂地改变了偶极子,但没有提供各种不同的偶极模。

为什么CH4的沸点比CO高

另一方面,非极性且完全对称的甲烷,每次轻微振动都会产生瞬时偶极子。注意这个光谱比一氧化碳的光谱要稀得多,但它的振动带却和一氧化碳的光谱一样强。

甲烷的极化性也很强,这意味着它的电子更松散,更容易受到相邻的瞬时偶极子的影响。

为什么CH4的沸点比CO高

结果是甲烷实际上比一氧化碳具有更强的分子间吸引力,部分原因是它的瞬时偶极子可能和一氧化碳的永久偶极子一样强烈(甚至更强烈)。
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