Ich musste einige Kommentare abgeben, aber sie sind zu groß, um tatsächlich in die Kommentare zu passen, also mache ich eine andere Antwort. Ich werde die Gelegenheit nutzen, um ein wenig Hintergrundwissen zu geben, das für Sie momentan vielleicht etwas zu weit geht, aber in Zukunft nützlich sein könnte. Es tut mir leid, dass alle meine Antworten zu lang und trocken sind!
Es gibt viele Faktoren, die zusammen die beobachteten physikalischen Eigenschaften eines Stoffes erzeugen. Wenn es um Löslichkeit, Schmelzpunkte und Siedepunkte geht, ist es wichtig, die intermolekularen Kräfte zwischen Molekülen zu analysieren.
Beginnen wir zunächst mit der Löslichkeit. Nachdem man das Konzept der Polarität für eine Substanz definiert hat (basierend auf der Stärke des in einem Molekül vorhandenen elektrischen Dipols), entdeckt man schnell, dass sich "Gleiches im Allgemeinen Gleiches auflöst". Dies ist eine sehr ungefähre Faustregel, die auf einer qualitativen Beschreibung der intermolekularen Kräfte beruht. Damit sich eine Substanz $ A $ span> in einer anderen Substanz $ B $ span> auflöst, ist intermolekular $ A \ dotsb A $ span> -Kräfte und $ B \ dotsb B $ span> -Kräfte werden gebrochen, um $ A \ dotsb B $ span> erzwingt, und dieser Prozess muss günstig sein. Wir sagen "wie löst sich wie auf", denn wenn $ A $ span> und $ B $ span> ähnlich sind, dann sind die $ A $ span> - $ B $ span> Interaktionen sind wahrscheinlich so stark wie $ A \ dotsb A $ span> und $ B \ dotsb B $ span>, und daher neigen die Moleküle jeder Substanz dazu, sich gut zu vermischen. Wenn $ A $ span> und $ B $ span> sehr unterschiedlich sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass $ A \ dotsb B $ span> Interaktionen überwiegen gegenüber $ A \ dotsb A $ span> und $ B \ dotsb B $ span>, und daher bleiben die Substanzen getrennt.
Bei intramolekularen Wechselwirkungen dreht sich alles um elektrostatische Wechselwirkungen auf große Entfernung. Aus dem kolumbianischen Gesetz der Elektrostatik geht hervor, dass es umso stärkere Anziehungskräfte und Abstoßungen gibt, je höher die Ladungen sind. Selbst in neutralen Molekülen kann es häufig Teile der Moleküle mit einer geringen Konzentration negativer Ladung und einen anderen Teil mit einer geringen Konzentration positiver Ladung geben. Wir nennen diese entgegengesetzt geladenen Bereiche in einem Objekt Pole , und wenn zwei entgegengesetzt geladene Bereiche verbunden sind, bilden sie einen Dipol . Der Dipol ist durch etwas gekennzeichnet, das als Dipolmoment bezeichnet wird und ein Vektor ist (eine Größe, die sowohl Richtung als auch Größe hat). Je nachdem, wie räumlich konzentriert die überschüssigen negativen und positiven Ladungen sind, soll die Stärke des Dipols variieren. Schwache Dipole weisen eine geringe Ladungstrennung auf, während starke Dipole eine starke Ladungstrennung aufweisen. Die Stärke des Dipols bestimmt die Polarität einer Substanz. Dies ist eine Quantifizierung der Polarität
Wie bereits erwähnt, sind die meisten intermolekularen Kräfte elektrostatischer Natur. Kleinere Ladungen und Dipole neigen dazu, schwächere intermolekulare Wechselwirkungen zu verursachen, und größere Ladungen und Dipole neigen dazu, stärkere intermolekulare Wechselwirkungen zu verursachen. Wenn Sie Substanzen $ A $ span> und $ B $ span> mischen, beide mit schwachen Dipolen (niedrige Polarität) oder beiden Bei starken Dipolen (hohe Polarität) ähneln die Wechselwirkungen von $ A \ dotsb B $ span> denen von $ A \ dotsb A $ und $ B \ dotsb B $ span>, daher neigen sie dazu, sich aufzulösen. Wenn Sie jedoch $ A $ span> und $ B $ span> so mischen, dass $ A $ span> hat eine niedrige Polarität und $ B $ span> hat eine hohe Polarität, dann die elektrostatischen Kräfte zwischen $ B \ dotsb B $ span> ist stärker als $ B \ dotsb A $ span>, und es gibt kein Laufwerk für $ B $ span> zum Mischen mit $ A $ span>.
All diese Gespräche sollen rechtfertigen, warum die Polarität etwas ist, von dem Sie erwarten, dass es wichtig ist, um festzustellen, ob sich zwei Substanzen vermischen. In Ihrem speziellen Fall untersuchen Sie das Mischen von Wasser (einer Substanz mit hoher Polarität) mit Dichlorbenzolen. Es ist möglich, die in Molekülen vorhandenen Dipole durch Vergleich der Platzierung von Atomen im Molekül und der Elektronegativität der Atome näherungsweise zu berechnen (die Elektronegativität quantifiziert, wie sehr ein Element Elektronen benötigt). Beispielsweise haben Kohlenstoff- und Wasserstoffatome ähnliche Elektronegativitäten. Wenn sie sich binden, bilden sie ungefähr unpolare Bindungen. Bei der Chlor- und Kohlenstoffbindung weist die erstere eine signifikant höhere Elektronegativität auf, so dass die Elektronen der Bindung ein wenig gezerrt werden, so dass das Chlor eine kleine negative Ladung und der Kohlenstoff eine kleine positive Ladung erhält, und wir sagen die Bindung so gebildet ist polar.
In Dichlorbenzolen (DCBs) bedeutet dies, dass Dipolmomente in den $ \ ce {C-Cl} $ span> -Bindungen vorhanden sind. In ortho -DCB zeigen die Dipolmomente jeder Bindung in eine ähnliche Richtung (zwei gleiche Vektoren mit einem $ 60 ^ \ circ $ span> -Winkel zwischen ihnen), so dass sich ihre Wirkung summiert und die Substanz eine gewisse Polarität hat. In meta em> -DCB sind die Dipole voneinander abgewandt (zwei gleiche Vektoren mit einem $ 120 ^ \ circ $ span> -Winkel zwischen ihnen ), so dass sich ihre Effekte etwas aufheben und das Molekül nur eine geringe Polarität hat. Für para -DCB sind die Vektoren genau entgegengesetzt und gleich (zwei gleiche Vektoren mit einem $ 180 ^ \ circ $ span> -Winkel zwischen ihnen) sie heben sich vollständig auf; Dies bedeutet, dass para -DCB ein unpolares Molekül ist, obwohl es einige polare Bindungen aufweist.
Da Wasser eine hochpolare Substanz ist, erwarten wir, dass die Löslichkeiten in der Größenordnung p -DCB < m zunehmen, wenn wir annehmen, dass die Dichlorbenzole mit höherer Polarität löslicher sind -DCB < o -DCB. Experimentelle Daten zeigen, dass ihre Löslichkeit in Wasser ungefähr $ \ pu {80 mg / l} $ span>, $ \ pu {125 mg / l} $ span> und $ \ pu {156 mg / l} $ span> für p -DCB, m -DCB bzw. o -DCB. Genau das, was wir erwartet hatten! Beachten Sie, dass sogar o -DCB, das polarste der drei, eine sehr geringe Wasserlöslichkeit aufweist. Dies liegt daran, dass die polaren Regionen in den DCB-Molekülen im Vergleich zu den unpolaren Regionen ziemlich klein sind.
Wir sind also durch die Löslichkeit gekommen. Bei gleichem Hintergrund der intermolekularen Kräfte ist die Erklärung des Siedepunktverhaltens relativ einfach. Wenn eine Substanz nahe an ihren Siedepunkt erhitzt wird, geben Sie den Molekülen fast genug Energie, um die intermolekularen $ A \ dotsb A $ span> -Kräfte zu brechen. Je stärker die Kräfte von $ A \ dotsb A $ span> sind, desto mehr Energie wird benötigt, um sie zu überwinden. Wenn alle anderen Dinge gleich sind, sind $ A \ dotsb A $ span> -Wechselwirkungen für Moleküle mit hoher Polarität stärker als für Moleküle mit niedriger Polarität, da es größere Ladungen und größere elektrostatische Wechselwirkungen in gibt Moleküle mit hoher Polarität.
Wenn wir nur die Polarität betrachten, erwarten wir erneut, dass der Siedepunkttrend p -DCB < m -DCB < o ist. DCB. Experimentelle Daten zeigen, dass die Siedepunkte $ \ pu {174 ^ \ circ C} $ span>, $ \ pu {173 ^ sind \ circ C} $ span> und $ \ pu {180 ^ \ circ C} $ span> für p -DCB, m -DCB bzw. o -DCB. Die erwarteten und experimentellen Trends sind nicht genau gleich. Dies ist wahrscheinlich, weil der Polaritätsunterschied zwischen p -DCB und m -DCB klein genug ist, dass andere Faktoren berücksichtigt werden müssen.
Erklären Schmelzpunkte sind etwas härter als Siedepunkte. Verschiedene andere Dinge als die Polarität können die Schmelztemperaturen stark beeinflussen. Ich habe einen früheren Beitrag zu diesem Thema mit einigen allgemeinen Informationen. Im Fall der Dichlorbenzole scheinen molekulare Symmetrie und feste Packung der dominierende Effekt zu sein. Der Chem.SE-Benutzer Onkel Al hat eine Liste von Verbindungen bereitgestellt, die zeigt, wie stark dieser Faktor sein kann.