Zakaj se vrelišče poveča, ko se atomski radij poveča pri halogenih?

Med halogene spadajo fluor, klor, brom, jod in astatin. Pri sobni temperaturi so lažji halogeni plini, brom je tekočina, težji halogeni pa so trdne snovi, kar odraža območje vrelišč, ugotovljeno v skupini. Vrelišče fluora je -188 stopinj Celzija (-306 stopinj Celzija), medtem ko je vrelišče joda 184 stopinj Celzija (363 stopinj Celzija), razlika, ki je tako kot atomski polmer povezana z višjimi atomskimi maso.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Težji halogeni imajo več elektronov v valentnih lupinah. Zaradi tega lahko Van der Waalsove sile postanejo močnejše in nekoliko povečajo vrelišče.

Halogeni so člani tako imenovane skupine 17 v periodnem sistemu, ki so poimenovane, ker predstavljajo sedemnajsti stolpec z leve strani. Vsi halogeni v naravi obstajajo kot dvoatomske molekule. Z drugimi besedami, obstajajo kot dva združena atoma elementa. Halogeni reagirajo s kovinami in tvorijo halogenide ter so oksidanti, zlasti fluor, ki je najbolj elektronegativni element. Lažji halogeni so bolj elektronegativni, svetlejše barve in imajo nižja tališča in vrelišča kot težji halogeni.

Sile, ki držijo molekule halogenov skupaj, se imenujejo Van der Waalsove disperzijske sile. To so sile medmolekularne privlačnosti, ki jih je treba premagati, da tekoči halogeni dosežejo svoja vrelišča. Elektroni se naključno gibljejo okoli jedra atoma. Na eni strani molekule je lahko naenkrat več elektronov, kar na tej strani ustvari začasni negativni naboj, na drugi strani pa začasni pozitivni naboj - trenutni dipol. Začasna negativna in pozitivna pola različnih molekul se privlačita, vsota začasnih sil pa povzroči šibko medmolekularno silo.

Atomski polmer se ponavadi zmanjšuje, ko se premikate od leve proti desni po periodnem sistemu in večji, ko se pomikate po periodnem sistemu. Vsi halogeni so del iste skupine. Ko pa se pomikate po periodnem sistemu, so halogeni z večjimi atomskimi števili težji, imajo večji atomski polmer in imajo več protonov, nevtronov in elektronov. Atomski polmer ne vpliva na vrelišče, vendar na oba vpliva število elektronov, povezanih s težjimi halogeni.

Težji halogeni imajo v elektronskih oblogah več elektronov, kar daje več priložnosti za začasna neravnovesja, ki ustvarjajo Van der Waalsove sile. Z več priložnostmi za ustvarjanje trenutnih dipolov se dipoli pojavljajo pogosteje, zaradi česar so Van der Waalsove sile močnejše med molekulami težjih halogenov. Za premagovanje teh močnejših sil je potrebno več toplote, kar pomeni, da so vrelišča višja pri težjih halogenih. Van der Waalsove disperzijske sile so najšibkejše medmolekularne sile, zato so vrelišča halogenov kot skupine na splošno nizka.