Номер 432, страница 98 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

432. Используя данные таблицы, приведенной в п. 23 учебного пособия, постройте график зависимости температуры кипения первичных спиртов с неразветвленной углеродной цепью от числа атомов углерода в их молекулах. Выполните задания:

а) объясните, почему с ростом числа атомов углерода в молекулах спиртов их температура кипения увеличивается;

б) существуют ли газообразные при н. у. спирты? Ответ поясните.

Для решения задачи воспользуемся справочными данными о температурах кипения первичных спиртов с неразветвленной углеродной цепью.

Дано:

Температуры кипения ($T_{кип}$) первичных спиртов с неразветвленной цепью в зависимости от числа атомов углерода (n):

Нормальные условия (н. у.): температура $t = 0$ °C ($T = 273,15$ K), давление $p = 101,325$ кПа.

Найти:

1. Построить график зависимости $T_{кип}$ от n(C).

2. Объяснить, почему с ростом n(C) температура кипения увеличивается.

3. Выяснить, существуют ли газообразные спирты при н. у.

Решение:

Построим график зависимости температуры кипения от числа атомов углерода. По оси абсцисс (X) отложим число атомов углерода (n), а по оси ординат (Y) — температуру кипения в градусах Цельсия ($T_{кип}$, °C). Нанеся на координатную плоскость точки из таблицы и соединив их плавной линией, мы получим восходящий график. Он показывает, что с увеличением числа атомов углерода в гомологическом ряду спиртов их температура кипения закономерно возрастает.

а) объясните, почему с ростом числа атомов углерода в молекулах спиртов их температура кипения увеличивается;

Температура кипения вещества определяется силой межмолекулярного взаимодействия. Чтобы вещество перешло из жидкого состояния в газообразное (закипело), необходимо затратить энергию на преодоление сил притяжения между его молекулами. В спиртах существуют два основных типа межмолекулярного взаимодействия:

Водородные связи. Они образуются между атомом водорода гидроксильной группы ($-OH$) одной молекулы и атомом кислорода другой молекулы. Водородные связи значительно прочнее обычных межмолекулярных сил (ван-дер-ваальсовых), что объясняет высокие температуры кипения спиртов по сравнению с алканами соответствующей молекулярной массы.

Ван-дер-ваальсовы силы (дисперсионное взаимодействие). Эти силы возникают между углеводородными радикалами (алкильными группами) молекул спирта. Сила этого взаимодействия зависит от размера молекулы (длины углеродной цепи) и ее площади поверхности.

При переходе от одного члена гомологического ряда спиртов к следующему (например, от метанола к этанолу, от этанола к пропанолу и т.д.) длина углеводородной цепи увеличивается на одну группу $-CH_2-$. Это приводит к увеличению размера и массы молекулы. В результате усиливаются ван-дер-ваальсовы силы притяжения между неполярными углеводородными "хвостами" молекул. Хотя водородные связи присутствуют у всех спиртов, суммарная сила межмолекулярного взаимодействия (водородные связи + ван-дер-ваальсовы силы) возрастает. Следовательно, для преодоления этих более сильных сил притяжения и перевода спирта в газообразное состояние требуется больше энергии, что и выражается в повышении температуры кипения.

Ответ: С ростом числа атомов углерода в молекулах спиртов увеличивается длина углеводородного радикала, что приводит к усилению межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил. Это, в свою очередь, требует больших затрат энергии для их преодоления при кипении, поэтому температура кипения возрастает.

б) существуют ли газообразные при н. у. спирты? Ответ поясните.

Нормальные условия (н. у.) — это температура 0 °C и давление 1 атмосфера. Вещество находится в газообразном состоянии при заданных условиях, если его температура кипения при данном давлении ниже температуры этих условий. В данном случае, чтобы спирт был газом при н. у., его температура кипения должна быть ниже 0 °C.

Рассмотрим гомологический ряд первичных спиртов. Как видно из таблицы, температура кипения самого первого и самого легкого представителя этого ряда — метанола ($CH_3OH$) — составляет 64,7 °C. Это значение значительно выше 0 °C. У всех последующих спиртов в гомологическом ряду (этанола, пропанола и т.д.) температуры кипения еще выше. Это обусловлено наличием сильных водородных связей между молекулами спиртов, которые не позволяют им быть газами при низких температурах.

Ответ: Нет, спирты, газообразные при нормальных условиях (0 °C), не существуют. Температура кипения самого простого спирта, метанола, равна 64,7 °C, что значительно выше 0 °C. У всех остальных спиртов температуры кипения еще выше.