Avevo alcuni commenti da fare, ma sono troppo grandi per essere effettivamente inseriti nei commenti, quindi sto per dare un'altra risposta. Coglierò l'occasione per fornire un po 'di background, che potrebbe essere un po' troppo lontano per te in questo momento, ma che potrebbe tornare utile in futuro. Mi dispiace che tutte le mie risposte tendano ad essere eccessivamente lunghe e secche!
Ci sono molti fattori che si combinano per creare le proprietà fisiche osservate di una sostanza. Quando si parla di solubilità, punti di fusione e punti di ebollizione, è essenziale analizzare le forze intermolecolari tra le molecole.
Per prima cosa iniziamo con la solubilità. Dopo aver definito il concetto di polarità per una sostanza, (basato sulla forza del dipolo elettrico presente in una molecola) si scopre rapidamente che, in generale, "il simile dissolve il simile". Questa è una regola pratica molto approssimativa che si basa su una descrizione qualitativa delle forze intermolecolari. Affinché una sostanza $ A $ si dissolva in un'altra sostanza $ B $ , allora è necessario che intermolecolare $ A \ dotsb A $ forza e $ B \ dotsb B $ forze vengono interrotte per creare $ A \ dotsb B $ forza e questo processo deve essere favorevole. Diciamo "il simile dissolve il simile" perché se $ A $ e $ B $ sono simili, allora $ A $ - $ B $ le interazioni che si formano sono probabilmente tanto forti quanto $ A \ dotsb A $ e $ B \ dotsb B $ , quindi le molecole di ciascuna sostanza tenderanno a mescolarsi bene. Se $ A $ e $ B $ sono molto diversi, è meno probabile che $ A \ dotsb B $ le interazioni saranno predominanti su $ A \ dotsb A $ e $ B \ dotsb B $ , e quindi le sostanze restano separate.
Le interazioni intramolecolari riguardano le interazioni elettrostatiche a lungo raggio. Dalla legge dell'elettrostatica di Coloumb, è chiaro che maggiori sono le attrazioni e le repulsioni maggiori sono le cariche coinvolte. Anche nelle molecole neutre, possono spesso esserci parti delle molecole con una leggera concentrazione di carica negativa e un'altra parte con una leggera concentrazione di carica positiva. Chiamiamo queste aree caricate in modo opposto in uno stesso oggetto poli e quando ci sono due aree caricate in modo opposto collegate, formano un dipolo . Il dipolo è caratterizzato da qualcosa chiamato momento di dipolo, che è un vettore (una quantità che ha direzione oltre che grandezza). A seconda di quanto spazialmente sono concentrate le cariche negative e positive in eccesso, si dice che il dipolo vari in forza. I dipoli deboli avranno poca separazione di carica, mentre i dipoli forti hanno molta separazione di carica. La forza del dipolo è ciò che determina la polarità di una sostanza, che è una quantificazione di quanto è polare .
Come ho già detto, la maggior parte delle forze intermolecolari sono di natura elettrostatica. Cariche e dipoli più piccoli tendono a causare interazioni intermolecolari più deboli e cariche e dipoli più grandi tendono a causare interazioni intermolecolari più forti. Se mescoli sostanze $ A $ e $ B $ , entrambi con dipoli deboli (bassa polarità) o entrambi con dipoli forti (polarità elevata), le interazioni di $ A \ dotsb B $ sono simili a $ A \ dotsb A $ e $ B \ dotsb B $ , quindi tendono a dissolversi. Se, tuttavia, mescoli $ A $ e $ B $ in modo tale che $ A $ ha una bassa polarità e $ B $ ha un'alta polarità, quindi le forze elettrostatiche tra $ B \ dotsb B $ sarà più forte di $ B \ dotsb A $ e non vi è alcuna unità per $ B $ da combinare con $ A $ .
Tutto questo discorso serve a giustificare il motivo per cui la polarità è qualcosa che ti aspetteresti fosse importante per determinare se due sostanze si mescolano. Nel tuo caso specifico, stai studiando la miscelazione dell'acqua (una sostanza ad alta polarità) con diclorobenzeni. È possibile calcolare approssimativamente i dipoli presenti nelle molecole confrontando il posizionamento degli atomi nella molecola e le elettronegatività degli atomi (l'elettronegatività quantifica quanto un elemento desidera gli elettroni). Ad esempio, gli atomi di carbonio e idrogeno hanno elettronegatività simili, quindi quando si legano formano legami approssimativamente non polari. Quando il cloro e il carbonio si legano, il primo ha un'elettronegatività significativamente più alta, quindi attirerà un po 'gli elettroni del legame, in modo tale che il cloro acquisisca una piccola carica negativa e il carbonio acquisisca una piccola carica positiva, e diciamo il legame così formato è polare.
In diclorobenzeni (DCB), questo significa che ci sono momenti di dipolo nei legami $ \ ce {C-Cl} $ . In ortho -DCB, i momenti di dipolo di ciascun legame puntano in una direzione simile (due vettori uguali con un angolo $ 60 ^ \ circ $ tra di loro), quindi il loro effetto si somma e la sostanza ha una certa polarità. In meta -DCB, i dipoli sono rivolti l'uno dall'altro (due vettori uguali con un angolo $ 120 ^ \ circ $ tra di loro ), quindi i loro effetti si annullano un po 'e la molecola rimane solo con una leggera polarità. Per para -DCB, i vettori sono esattamente opposti e uguali (due vettori uguali con un angolo $ 180 ^ \ circ $ tra di loro), quindi si cancellano completamente; questo significa che para -DCB è una molecola non polare , anche se ha alcuni legami polari.
Poiché l'acqua è una sostanza altamente polare, se assumiamo che i diclorobenzeni con polarità più alta saranno più solubili, allora ci aspettiamo che le solubilità aumentino nell'ordine p -DCB < m -DCB < o -DCB. I dati sperimentali mostrano che le loro solubilità in acqua sono approssimativamente $ \ pu {80 mg / L} $ , $ \ pu {125 mg / L} $ e $ \ pu {156 mg / L} $ per p -DCB, m -DCB e o -DCB, rispettivamente. Proprio quello che ci aspettavamo! Si noti che anche o -DCB, il più polare dei tre, ha una solubilità in acqua molto bassa. Questo perché le regioni polari nelle molecole DCB sono piuttosto piccole rispetto alle regioni non polari.
Quindi abbiamo superato la solubilità. Ora, con lo stesso background nelle forze intermolecolari, spiegare il comportamento del punto di ebollizione è relativamente semplice. Quando una sostanza viene riscaldata vicino al suo punto di ebollizione, stai fornendo alle molecole energia quasi sufficiente per rompere le forze $ A \ dotsb A $ intermolecolari. Più forti sono le forze $ A \ dotsb A $ , più energia è necessaria per superarle. A parità di altre condizioni, le interazioni $ A \ dotsb A $ sono più forti per le molecole ad alta polarità rispetto alle molecole a bassa polarità, poiché ci sono cariche più grandi e interazioni elettrostatiche maggiori molecole ad alta polarità.
Ancora una volta, osservando solo la polarità, ci aspettiamo che il trend del punto di ebollizione sia p -DCB < m -DCB < o - DCB. I dati sperimentali mostrano che i punti di ebollizione sono $ \ pu {174 ^ \ circ C} $ , $ \ pu {173 ^ \ circ C} $ e $ \ pu {180 ^ \ circ C} $ per p -DCB, m -DCB e o -DCB, rispettivamente. Le tendenze previste e sperimentali non sono esattamente le stesse. Ciò è probabile perché la differenza di polarità tra p -DCB e m -DCB è sufficientemente piccola da dover tenere conto di altri fattori.
Spiegazione i punti di fusione sono un po 'più difficili dei punti di ebollizione. Diverse cose oltre alla polarità possono influenzare fortemente le temperature di fusione. Ho un precedente post su questo argomento con alcune informazioni generali. Nel caso dei diclorobenzeni, sembra che la simmetria molecolare e l'imballaggio solido siano l'effetto dominante. L'utente di Chem.SE, lo zio Al, ha fornito un elenco di composti che mostra quanto può essere forte questo fattore.