Номер 433, страница 98 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

433. Почему температура кипения метанола ($+65 \text{ °C}$) намного выше температуры кипения этана ($-89 \text{ °C}$)?

Различие в температурах кипения метанола ($CH_3OH$) и этана ($C_2H_6$) объясняется кардинальной разницей в силе межмолекулярных взаимодействий, действующих в этих веществах, несмотря на их близкие молярные массы (32,04 г/моль у метанола и 30,07 г/моль у этана).

1. Межмолекулярные взаимодействия в этане ($C_2H_6$):

Этан является алканом, его молекула состоит из атомов углерода и водорода. Связи C–H очень слабо полярны, а сама молекула симметрична и в целом является неполярной. Поэтому единственным типом межмолекулярного взаимодействия между молекулами этана являются слабые силы Ван-дер-Ваальса (а именно, лондоновские дисперсионные силы). Эти силы возникают из-за временного смещения электронной плотности и являются очень слабыми. Для их преодоления требуется небольшое количество энергии, поэтому этан кипит при очень низкой температуре (–89 °C).

2. Межмолекулярные взаимодействия в метаноле ($CH_3OH$):

Метанол относится к классу спиртов и содержит в своей структуре гидроксильную группу (–OH). Кислород — это сильно электроотрицательный атом. Он оттягивает на себя электронную плотность от атомов углерода и водорода, с которыми связан. В результате связь O–H становится сильно полярной: на атоме кислорода образуется частичный отрицательный заряд ($δ^−$), а на атоме водорода — частичный положительный заряд ($δ^+$).

Благодаря этому между молекулами метанола, помимо слабых дисперсионных сил, возникают гораздо более сильные межмолекулярные взаимодействия:

Диполь-дипольные взаимодействия из-за постоянной полярности молекулы.

Водородные связи — особо прочный вид диполь-дипольного взаимодействия. Положительно заряженный атом водорода одной молекулы метанола сильно притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода соседней молекулы.

Водородные связи значительно прочнее, чем силы Ван-дер-Ваальса. Чтобы перевести метанол из жидкого состояния в газообразное (то есть довести до кипения), необходимо затратить большое количество энергии на разрыв этих прочных водородных связей. Это и является причиной его высокой по сравнению с этаном температуры кипения (+65 °C).

Ответ: Температура кипения метанола намного выше, чем у этана, так как в метаноле между молекулами существуют прочные водородные связи, обусловленные наличием полярной гидроксильной группы (–OH). В неполярном этане действуют только значительно более слабые межмолекулярные силы (дисперсионные силы).