为什么甲烷熔点比硅烷熔点高？
这个问题很有意思，涉及到分子结构、分子间作用力等一些基础的化学概念。简单来说，甲烷（CH₄）的熔点比硅烷（SiH₄）高，主要是因为硅烷的分子比甲烷的分子要大得多，从而导致其分子间作用力（范德华力）更强，需要更多的能量才能克服这些作用力，使固态转变为液态。
咱们来细说一下：
1. 分子结构和大小：
甲烷（CH₄）： 甲烷的中心是碳原子，周围连接着四个氢原子，形成一个正四面体结构。碳原子是第二周期元素，原子半径相对较小。
硅烷（SiH₄）： 硅烷的结构与甲烷非常相似，也是中心硅原子连接四个氢原子，也呈正四面体。但是，硅原子是第三周期元素，比碳原子大得多。你可以想象一下，碳原子就像个小橘子，而硅原子就像个大柚子。
2. 分子间作用力——范德华力的关键：
在讨论熔点时，我们最需要关注的是分子间作用力（Intermolecular Forces）。对于像甲烷和硅烷这样的非极性分子，它们之间主要的吸引力就是范德华力，也称为伦敦色散力（London Dispersion Forces）。
范德华力是怎么产生的？
即使是完全对称的非极性分子，在其电子云的分布也不是绝对均匀的。在某一瞬间，电子可能会暂时聚集在分子的一侧，形成一个瞬间的微小极性（称为瞬时偶极）。
这个瞬时偶极会诱导邻近分子的电子云，使其也产生一个临时的偶极（称为诱导偶极）。
正负电荷之间的吸引力就构成了范德华力。
范德华力的大小与什么有关？
分子大小（电子数量）： 分子越大，电子越多，电子云的扰动（极化）就越容易发生，瞬时偶极的强度也越大，诱导作用也越强，因此范德华力也越强。
分子形状： 分子形状也会影响范德华力，但对于甲烷和硅烷这种高度对称的分子，形状的影响相对较小，分子大小是主导因素。
3. 为什么硅烷的范德华力更强？
如前所述，硅原子比碳原子大得多，这意味着硅烷分子比甲烷分子拥有更多的电子。电子越多，电子云就越容易被扰动，瞬时偶极的产生和诱导能力就越强，最终导致硅烷分子之间的范德华力比甲烷分子之间的范德华力要显著得多。
4. 熔点与分子间作用力的关系：
熔化过程本质上就是克服分子间的吸引力，使固体排列的分子能够获得足够的动能，脱离固定的晶格位置，变成可以自由移动的液态。
作用力越强，需要的能量越多。
需要的能量越多，熔点就越高。
总结一下：
甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）都是非极性分子，它们之间的主要作用力是范德华力。由于硅原子比碳原子大，硅烷分子比甲烷分子拥有更多的电子，这使得硅烷分子之间的范德华力更强。因此，要将固态的硅烷转化为液态，需要克服更强的分子间作用力，这就意味着需要更高的温度，所以硅烷的熔点比甲烷高。
一些额外补充：
极性分子： 如果分子本身是极性分子（例如水H₂O，因为氧原子比氢原子电负性大得多，导致OH键极性），它们之间还会有更强的偶极偶极作用力，甚至氢键。这些作用力会显著提高熔点。但甲烷和硅烷在这方面都比较“朴素”。
同族元素： 硅和碳同属IVA族元素，化学性质有很多相似之处，它们与氢形成的简单氢化物（如CH₄, SiH₄, GeH₄, SnH₄）的结构也高度相似，这使得比较它们的物理性质（如熔沸点）成为一个很好的理解分子间作用力随分子大小变化的例子。你会发现，随着同族元素原子半径的增大，其对应的简单氢化物的熔沸点通常也会呈现上升趋势（尽管过程中可能存在一些细微的非线性变化）。
所以，当看到甲烷和硅烷的熔点差异时，别忘了是那个“更大的柚子”——硅烷，因为它的“包裹”更厚实（电子更多），更能“抓紧”周围的“柚子”，从而需要更大的力气才能让它们“散开”。
咱们来细说一下：
1. 分子结构和大小：
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硅烷（SiH₄）： 硅烷的结构与甲烷非常相似，也是中心硅原子连接四个氢原子，也呈正四面体。但是，硅原子是第三周期元素，比碳原子大得多。你可以想象一下，碳原子就像个小橘子，而硅原子就像个大柚子。
2. 分子间作用力——范德华力的关键：
在讨论熔点时，我们最需要关注的是分子间作用力（Intermolecular Forces）。对于像甲烷和硅烷这样的非极性分子，它们之间主要的吸引力就是范德华力，也称为伦敦色散力（London Dispersion Forces）。
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正负电荷之间的吸引力就构成了范德华力。
范德华力的大小与什么有关？
分子大小（电子数量）： 分子越大，电子越多，电子云的扰动（极化）就越容易发生，瞬时偶极的强度也越大，诱导作用也越强，因此范德华力也越强。
分子形状： 分子形状也会影响范德华力，但对于甲烷和硅烷这种高度对称的分子，形状的影响相对较小，分子大小是主导因素。
3. 为什么硅烷的范德华力更强？
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4. 熔点与分子间作用力的关系：
熔化过程本质上就是克服分子间的吸引力，使固体排列的分子能够获得足够的动能，脱离固定的晶格位置，变成可以自由移动的液态。
作用力越强，需要的能量越多。
需要的能量越多，熔点就越高。
总结一下：
甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）都是非极性分子，它们之间的主要作用力是范德华力。由于硅原子比碳原子大，硅烷分子比甲烷分子拥有更多的电子，这使得硅烷分子之间的范德华力更强。因此，要将固态的硅烷转化为液态，需要克服更强的分子间作用力，这就意味着需要更高的温度，所以硅烷的熔点比甲烷高。
一些额外补充：
极性分子： 如果分子本身是极性分子（例如水H₂O，因为氧原子比氢原子电负性大得多，导致OH键极性），它们之间还会有更强的偶极偶极作用力，甚至氢键。这些作用力会显著提高熔点。但甲烷和硅烷在这方面都比较“朴素”。
同族元素： 硅和碳同属IVA族元素，化学性质有很多相似之处，它们与氢形成的简单氢化物（如CH₄, SiH₄, GeH₄, SnH₄）的结构也高度相似，这使得比较它们的物理性质（如熔沸点）成为一个很好的理解分子间作用力随分子大小变化的例子。你会发现，随着同族元素原子半径的增大，其对应的简单氢化物的熔沸点通常也会呈现上升趋势（尽管过程中可能存在一些细微的非线性变化）。
所以，当看到甲烷和硅烷的熔点差异时，别忘了是那个“更大的柚子”——硅烷，因为它的“包裹”更厚实（电子更多），更能“抓紧”周围的“柚子”，从而需要更大的力气才能让它们“散开”。
网友意见
首先，甲硅烷的分子量比甲烷的要大，一般我们说分子量越高熔沸点也越高。那么我们需要了解为什么一般相对分子质量大的熔沸点高。那是因为对于同一族的分子来说，相对分子质量越大，所含有的电子数也就越高，那么范德华作用力也就越大；分子间作用力越大，熔沸点一般也就越高。
那么我们再来看一下甲硅烷和甲烷。
甲硅烷，熔点88 K，沸点161 K
甲烷，熔点91 K，沸点112 K
可见，沸点上是 甲硅烷>甲烷，但是熔点却是 甲硅烷<甲烷。
那么，到底分子间作用力，是甲硅烷大还是甲烷大呢？答案是甲硅烷，因为它的沸点更高。
那么熔点呢？这是因为，对于熔点的影响，不仅仅是分子间作用力会起到作用！还有一个影响叫做晶格结构——比如说配位数。
比如说，对于同一个分子，如果采用面心立方堆积和采用简单立方堆积，虽然是相同的分子具有相同的分子间作用力，但是内聚能（形成固体生成的能量）会是不一样的。——相对应离子晶体，这个内聚能就是晶格能，而反映晶格能不同的指数叫做马德隆常数。
我们看一下甲硅烷和甲烷的熔化热和汽化热：
甲硅烷：熔化热 0.67 kJ/mol; 汽化热 12.5 kJ/mol
甲烷： 熔化热 0.93 kJ/mol; 汽化热 8.17 kJ/mol
由此可见，的确晶格堆积对甲烷在熔化热上反超硅烷起到了作用。但是具体它们的晶体结构我还未找到，如果有朋友查到了可以提供一下。
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