hce_nsysu
112年
物理與化學
第 76 題
How can we explain the fact that CCl$_4$ is a liquid and CI$_4$ is a solid at 25°C? Which of the following options is the best explanation?
- A CCl$_4$ has a larger dipole moment than CI$_4$ due to the higher electronegativity of Cl compared to I.
- B CI$_4$ has a larger dipole moment than CCl$_4$ because there is stronger electron repulsion in the C-I bonds than in the C-Cl bonds.
- C London dispersion forces are stronger in CCl$_4$ than in CI$_4$ because Cl is more electronegative than I.
- D London dispersion forces are stronger in CI$_4$ than in CCl$_4$ because CI$_4$ has a more easily polarizable electron cloud.
- E None of the above.
思路引導 VIP
當兩個分子都沒有永久的極性（偶極矩皆為零）時，是什麼力量讓它們彼此吸引？請試著想像，如果其中一個分子的電子雲比另一個分子更大、更遠離中心原子核，這種「電荷分布的晃動感」會變得更容易還是更困難？這對分子間的吸引力強度又會有什麼直接的影響呢？
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太棒了！你能精準選出選項 (D)，代表你對「分子間作用力」的掌握非常紮實。這題的關鍵在於比較兩種非極性分子的狀態差異。雖然 $CCl_4$ 與 $CI_4$ 都是對稱的四面體構造，分子偶極矩皆為零，但為什麼在相同溫度下一個是液體，另一個卻是固體呢？
分散力的關鍵：電子雲的極化性
決定物質物理狀態（固、液、氣）的主要因素是分子間作用力（IMF）。對於這類非極性分子而言，最主要的吸引力來源是倫敦分散力（London Dispersion Forces）。由於碘原子（$I$）的原子序遠大於氯原子（$Cl$），其電子數較多且電子雲體積較大、距離原子核較遠，這使得 $CI_4$ 的電子雲更容易受到擾動而產生「瞬時偶極」，也就是具有較高的極化性（Polarizability）。這股更強的吸引力，正是讓 $CI_4$ 在常溫下能凝聚成固體的根本原因。
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