Dlaczego temperatura wrzenia wzrasta, gdy zwiększa się promień atomu w halogenach?

Do halogenów należą fluor, chlor, brom, jod i astat. W temperaturze pokojowej lżejsze halogeny to gazy, brom to ciecz, a cięższe halogeny to ciała stałe, co odzwierciedla zakres temperatur wrzenia występujących w grupie. Temperatura wrzenia fluoru wynosi -188 stopni Celsjusza (-306 stopni Fahrenheita), podczas gdy temperatura wrzenia jodu wynosi 184 stopnie Celsjusza (363 stopnie Fahrenheita), różnica, która, podobnie jak promień atomowy, jest związana z wyższym masa.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Cięższe halogeny mają więcej elektronów w powłokach walencyjnych. Może to wzmocnić siły Van der Waalsa, nieznacznie zwiększając temperaturę wrzenia.

Halogeny należą do tak zwanej grupy 17 w układzie okresowym pierwiastków, które są nazwane, ponieważ reprezentują siedemnastą kolumnę od lewej. Wszystkie halogeny występują w naturze jako cząsteczki dwuatomowe. Innymi słowy, istnieją jako dwa połączone atomy pierwiastka. Halogeny reagują z metalami tworząc halogenki i są utleniaczami, zwłaszcza fluorem, który jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem. Lżejsze halogeny są bardziej elektroujemne, jaśniejsze i mają niższe temperatury topnienia i wrzenia niż cięższe halogeny.

Siły, które utrzymują razem cząsteczki halogenów, nazywane są siłami dyspersyjnymi Van der Waalsa. Są to siły przyciągania międzycząsteczkowego, które muszą zostać pokonane, aby ciekłe halogeny osiągnęły temperaturę wrzenia. Elektrony poruszają się losowo wokół jądra atomu. W dowolnym momencie po jednej stronie cząsteczki może znajdować się więcej elektronów, tworząc tymczasowy ładunek ujemny po jednej stronie i tymczasowy ładunek dodatni po drugiej stronie – chwilowy dipol. Tymczasowe ujemne i dodatnie bieguny różnych cząsteczek przyciągają się nawzajem, a suma tymczasowych sił skutkuje słabym oddziaływaniem międzycząsteczkowym.

Promienie atomowe mają tendencję do zmniejszania się w miarę przesuwania się od lewej do prawej wzdłuż układu okresowego pierwiastków i zwiększania się w miarę przesuwania się w dół układu okresowego. Wszystkie halogeny należą do tej samej grupy. Jednak w miarę przesuwania się w dół układu okresowego, halogeny o większej liczbie atomowej są cięższe, mają większy promień atomowy i mają więcej protonów, neutronów i elektronów. Promień atomowy nie wpływa na temperaturę wrzenia, ale na oba mają wpływ liczba elektronów związanych z cięższymi halogenami.

Cięższe halogeny mają więcej elektronów w powłokach falbany, co stwarza więcej okazji do tymczasowego braku równowagi, który tworzy siły Van der Waalsa. Mając więcej możliwości tworzenia chwilowych dipoli, dipole występują częściej, przez co siły Van der Waalsa są silniejsze między cząsteczkami cięższych halogenów. Aby przezwyciężyć te silniejsze siły, potrzeba więcej ciepła, co oznacza, że ​​temperatura wrzenia jest wyższa w przypadku cięższych halogenów. Siły dyspersyjne Van der Waalsa są najsłabszymi siłami międzycząsteczkowymi, więc temperatury wrzenia halogenów jako grupy są na ogół niskie.