Proč HCN vaří při vyšší teplotě než NH3?

Entalpie vaporizace $ \ ce {HCN} $ je vyšší než u $ \ ce {NH3} $ , což naznačuje, že molekuly $ \ ce {HCN} $ interagují silněji než molekuly $ \ ce {NH3} $. Dluhopisy $ \ ce {C-H} $ se obvykle nepovažují za dobré dárce vodíkových vazeb, ale $ \ ce {HCN} $ jsou neobvyklé. Například $ \ ce {HCN} $ má $ \ mathrm pK_ \ mathrm a $ hodnotu 9,2 , což naznačuje, že skupina $ \ ce {CN} $ je odběr elektronů a že je přiměřeně dobrým donorem vodíku (vazby). To je pravděpodobně způsobeno elektronegativitou dusíku a také vysokým „obsahem“ sp-hybridizované vazby $ \ ce {CH} $, která udržuje elektronový pár blízko jádra.

Komentáře

• Děkujeme za odpověď. Myslím, že ‚ opravujete, že C-H z $ \ ce {HCN} $ je dobrým dárcem vodíkových vazeb. Pokud jde o důvod, rád bych si ‚ myslel, že protože schopnost $ \ ce {CN -} $ odebírat elektrony je vysoká, vodík má elektronický nedostatek, což vede k vynikajícímu akceptor elektronů. Dal bych přednost vašemu vysvětlení, pokud ‚ hovoříme o reakci (kde se tvoří $ \ ce {CN -} $)
• Existuje přiměřeně dobrá a obecně přijímaná (záporná) korelace mezi sílou vodíkové vazby a pK $ _a $ dárce vodíku
• Opravujete ‚ korelaci mezi pKa a silou vodíkové vazby. Já si však myslím, že polarita $ \ ce {HCN} $ by měla být vysvětlena teorií MO a je nepravděpodobná stabilizací konjugované báze, která se stejně nevyrábí ‚. Váš argument je založen na termodynamické stabilizaci disociační reakce, ke které dochází v přítomnosti báze. Všimněte si, že v kontejneru je čistě $ \ ce {HCN} $.
• @Huy Pokud jste chtěli mít vysvětlení z hlediska teorie MO, pravděpodobně lépe zahrňte tyto body (a vaše myšlenky a uvažování) do vaší otázky.
• Nepoužívejte ‚ t MathJax jako NH$_3$, místo toho použijte balíček mhchem: $\ce{NH3}$ Může to vypadat dobře, ale může se poškodit v jiných prohlížečích, zejména při zalomení řádků. Pokud se chcete o mhchem dozvědět více, podívejte se sem a sem .Nepoužívejte označení v poli názvu, podrobnosti najdete zde .

Vlastně podpora Janovy odpovědi: Vezměme si níže uvedené body z knihy Vodíková vazba: Teoretická perspektiva , s. 102.

„Kromě toho je vodík v HCN dostatečně kyselý, aby molekula mohla působit jako účinný donor protonů … Při spárování s NH $ _3 $ působí HCN jako donor protonu. . „
To souhlasí s Janovou poznámkou, ohledně pK $ _a $ HCN.

Zdá se, že váš komentář, že„ vodík je elektronicky nedostatečný, což vede k vynikajícímu akceptoru elektronů “, je vodíkové vazby, zatímco existují důkazy, že HCN má více iontovou povahu.

Kromě stávajících odpovědí, které se zaměřují na kyselost HCN, všimněte si, že HCN je také podstatně větší molekula než NH3. Tedy, i kdyby interakce mezi molekulami byly kvalitativně identické , stále by se dalo očekávat vyšší bod varu pro HCN na základě samotného rozdílu ve velikosti (a výsledných silnějších disperzních interakcí; viz komentáře).

Pro ilustrativní příklad se můžeme podívat na methylamin , CH ₃ NH ₂ , který se ve většině ohledů podobá amoniaku, s výjimkou toho, že je jeden z jeho vodíků nahrazen objemnou methylovou skupinou, takže je podobný velikosti jako HCN. Jeho bod varu je − 6,6 ° C, značně nad − 33 ° C pro NH ₃ .

Zbývajících ~ 32 K rozdíl mezi body varu HCN a CH ₃ NH se pak pravděpodobně vysvětluje silnější kyselostí vodíku HCN, a tím silnější vodíkovou vazbou mezi molekulami HCN než pro NH a CH sub> NH ₂ .

Komentáře

• @Jan Ve skutečnosti mají stejnou hmotnost, ale poněkud odlišné body varu . Je to ‚ dobrý příklad, i když k mé otázce nepřistupuje ‚ z úhlu, který jsem měl na mysli, tak mi odpusťte, že nejsem Průhledná. Důvod, proč si ‚ trochu dávám pozor na argument hmotnosti, je tento: jak můžeme zaručit, že při srovnání dvou molekul s různými hmotnostmi nebude dominovat změna bodu varu doprovázející změnou povrchové plochy pro interakce , spíše než změnou hmotnosti? Existuje pár molekul, které bychom mohli porovnat s různými hmotami, ale se stejnou polaritou a stejnou povrchovou plochou?
• @NicolauSakerNeto Pak mi dovolte navrhnout diethylether a d10-diethylether, stejný rozdíl v hmotnosti jako mezi amoniakem a HCN. Ostatní vlastnosti, zejména polarita, by měly být velmi podobné.
• @NicolauSakerNeto A když už o tom přemýšlíme víc, hromadný argument ve škole byl pouze protonový argument, protože více protonů znamená více elektronů (v neutrální molekule), což zase znamená lepší polarizovatelnost a silnější van der Waalsovy síly (nebo londýnské interakce, jak se mi říká, že se jim říká mimo Německo).
• Jen pro objasnění: gravitační přitažlivost mezi molekulami je příliš malý na to, aby měl jakýkoli měřitelný účinek na bod varu nebo jiné chemické vlastnosti. Korelace mezi molekulovou hmotností a bodem varu je primárně způsobena zvýšením disperzních interakcí (atraktivní část van der Waalsových nebo londýnských sil). Tato síla existuje mezi každým elektronovým párem, takže více elektronů = větší disperze. Účinek izotopové substituce na intermolekulární interakce pochází hlavně ze změny vibračních frekvencí. Znamení je těžké předem předpovědět.
• @JanJensen: Na ï vely, ‚ jsem očekával množství přispívat také distribucí molekulární rychlosti (větší molekuly se pohybují pomaleji, a tak by intuitivně mělo být řešení obtížnější uniknout). Ale samozřejmě, když o tom přemýšlíme trochu víc, zde záleží na distribuci kinetické energie a to ‚ je nezávislé na molekulární hmotnosti. Díky, tady jsem se něco naučil (nebo alespoň odnaučil špatný předpoklad).

Ačkoli $ \ ce {NH3} $ se skládá z vodíkových vazeb $ \ ce {HCN} $ má velmi silnou vazbu interakce dipól-dipól, díky níž je jeho bod varu ekvivalentní alkoholům.

Viz schéma:

„Kyselost“ nemůže být zodpovědná, protože kyselost odpovídá tomu, co se děje ve vodném roztoku. (Předpokládám, že uživatel má na mysli na data $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $.) Nevím, jak velká je tendence $ \ ce {HCN} $ ionizovat v čisté tekutině, ale pochybuji, že je to významné. Ale pokud máte data, uveďte je prosím. Ani u vody, $ K_ \ mathrm {w} = 10 ^ {- 14} $, její tendence ionizovat nepřispívá k jejímu vysokému bodu varu.

Komentáře

• Uvažujte, prosím, o konečné odpovědi. Uveďte tuto odpověď. Zatím je to spíše jako komentář. Ale děkuji, že jste řekl, co jsem chtěl říct, ale nikdo se mě nesnaží argumentovat špatně.
• Ačkoli $ pK_a $ je obvykle míra kyselosti ve vodném roztoku, existují opatření, která jsou nezávislá na rozpouštědle, jako například afinita k protonům . V této tabulce znamená pozitivnější exotermičtější, což znamená silnější bázi a tedy slabší konjugovanou kyselinu. Podívejte se na několik aniontů vytvořených ionizací $ \ ce {C-H} $, včetně kyanidu, cyklopentadienidu a trichlormethanidu; kyanid je na vrcholu. Všimněte si také, že protonová afinita kyanidu je téměř stejná jako u fenlotu. To je již pozoruhodně kyselé pro vazbu $ \ ce {CH} $
• Ačkoli vysvětlení Jan ‚ je založeno na populárně přijímané korelaci mezi kyselostí a vazbou CH Polarita ‚ s tím NENÍ příčinou. IMHO, příčinou by byl MO obraz, ve kterém kyanoskupina stáhne elektronový mrak z vodíku, což způsobí, že vazba bude polární a vodíková vazba silnější. Pokud si myslíte, že se mýlím, přispějte prosím k mým znalostem. V opačném případě se z této otázky nic nedozvím.
• @Huy Pokud v komentářích uvedete pouze své znalosti , rozumím tomu, proč nikdo si nedělá čas “ hádat se s tebou “

Myslím, že podstata otázky není ve vodíkových vazbách. Nedávno jsem se v USA chemickou olympiádu (místní část) ptal na bod varu látek. Zjistil jsem, že ionizace iontů hrála klíčovou roli při určování bodu varu a bodu tání. Odpověď na otázku, kterou jsem se pokoušel položit na látku s nejvyšší teplotou varu, byla čistá kyselina sírová, která je zjevně do značné míry schopna samoionizace.

Důvodem, proč je samoionizace schopna zvýšit bod varu látky, je iontová interakce výsledných iontů vznikajících při procesu v kapalině. Tato silná iontová interakce zvyšuje teplotu varu kapaliny, jako v případě kyseliny sírové.

Stejný koncept lze použít i zde. Molekula kyanovodíku, která je schopna samoionizace, i když ne v tak významném rozsahu, může produkovat ionty v kapalné fázi. Tato iontová interakce, i když může být ve srovnání s kyselinou sírovou velmi malá, zvyšuje teplotu varu látky.

Ve srovnání je samoionizace amoniaku pravděpodobně zanedbatelná, takže nejsilnějšími interakcemi jsou pouze vodíkové vazby.

Tento příspěvek je trochu pozdě, ale doufám, že poskytne nový perspektiva.