Hvorfor har benzen et lavere kogepunkt, men meget højere smeltepunkt end toluen?

Benzen har et lavere kogepunkt (80,1 °C) end toluen (110,6 °C) på grund af dets stærkere intermolekylære kræfter. Benzenmolekyler holdes sammen af ​​stærkere London-spredningskræfter sammenlignet med toluen. London-spredningskræfter er midlertidige attraktioner, der opstår på grund af den konstante bevægelse af elektroner i molekylet.

Den symmetriske elektronfordeling i benzen muliggør effektiv stabling af molekyler, hvilket maksimerer disse London-spredningskræfter. I modsætning hertil har toluen en methylgruppe knyttet til benzenringen, hvilket introducerer asymmetri og forstyrrer den effektive stabling. Tilstedeværelsen af ​​methylgruppen introducerer også yderligere sterisk hindring, som yderligere hæmmer tæt pakning af toluenmolekyler. Som et resultat er de intermolekylære kræfter i benzen stærkere, hvilket fører til et lavere kogepunkt.

Højere smeltepunkt for benzen:

Benzen har et meget højere smeltepunkt (5,5 °C) sammenlignet med toluen (-95 °C) på grund af dets højere gitterenergi. I fast tilstand er benzenmolekyler arrangeret i et højt ordnet krystallinsk gitter. De stærkere London-spredningskræfter i benzen bidrager til en mere stabil og stiv gitterstruktur.

På den anden side forstyrrer tilstedeværelsen af ​​methylgruppen i toluen den effektive stabling af molekyler i fast tilstand. Methylgruppen hindrer tæt pakning og introducerer asymmetri i gitterstrukturen, hvilket resulterer i svagere intermolekylære kræfter. Denne svagere gitterstruktur i toluen fører til et lavere smeltepunkt.

Sammenfattende kan benzens lavere kogepunkt tilskrives dets stærkere intermolekylære kræfter i flydende tilstand, mens dets højere smeltepunkt er en konsekvens af dets stærkere gitterenergi i fast tilstand.