Номер 4, страница 137 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

4. Почему температура кипения растет в ряду веществ: метанол, этанол, пропанол-1?

Температура кипения вещества напрямую зависит от силы межмолекулярных взаимодействий. Кипение — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, который происходит, когда молекулы получают достаточно энергии, чтобы преодолеть силы притяжения друг к другу. Чем сильнее эти силы, тем больше энергии (а значит, и выше температура) требуется для их преодоления.

Вещества в указанном ряду — метанол ($CH_3OH$), этанол ($C_2H_5OH$) и пропанол-1 ($C_3H_7OH$) — относятся к гомологическому ряду предельных одноатомных спиртов. Молекулы всех этих спиртов полярны из-за наличия гидроксильной группы ($-OH$), что приводит к возникновению двух основных типов межмолекулярных сил:

1. Водородные связи. Это наиболее сильный тип межмолекулярного взаимодействия в спиртах. Он образуется между частично положительно заряженным атомом водорода одной гидроксильной группы и неподеленной электронной парой частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы. Именно водородные связи ответственны за то, что спирты имеют аномально высокие температуры кипения по сравнению с углеводородами или галогеналканами со сравнимой молярной массой.

2. Ван-дер-ваальсовы (дисперсионные) силы. Эти силы существуют между всеми молекулами и возникают из-за временных смещений электронной плотности, создающих мгновенные диполи. Сила этих взаимодействий зависит от размера молекулы: чем больше молекула (чем больше в ней электронов и чем больше ее поверхность), тем сильнее ван-дер-ваальсовы силы.

При переходе по гомологическому ряду от метанола к этанолу и далее к пропанолу-1 происходит увеличение длины углеводородного радикала за счет добавления метиленовых групп ($-CH_2-$). Это приводит к следующим последствиям:

• Увеличивается молярная масса и размер молекул.
• Увеличивается площадь поверхности молекул, что создает больше возможностей для контактов между ними.

Хотя все три спирта образуют водородные связи примерно одинаковой силы, решающим фактором для роста температуры кипения в этом ряду является усиление ван-дер-ваальсовых сил. С увеличением длины углеводородной цепи суммарное межмолекулярное притяжение (водородные связи + ван-дер-ваальсовы силы) становится сильнее. Следовательно, для разрыва этих усиленных связей и перехода вещества в пар требуется больше энергии, что и проявляется в виде более высокой температуры кипения.

Ответ: Температура кипения в ряду метанол, этанол, пропанол-1 растет, потому что с увеличением длины углеводородной цепи и молярной массы молекул усиливаются межмолекулярные ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Хотя основной вклад в высокую температуру кипения спиртов вносят водородные связи, именно рост ван-дер-ваальсовых сил в гомологическом ряду является причиной последовательного повышения температуры кипения.