Номер 453, страница 68 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

453. Между какими из указанных частиц следует ожидать наиболее сильного взаимодействия:

а) две полярные молекулы;

б) две неполярные молекулы;

в) полярная и неполярная молекулы?

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить силы различных типов межмолекулярных взаимодействий, которые зависят от полярности молекул.

а) две полярные молекулы;

Полярные молекулы имеют постоянный дипольный момент из-за неравномерного распределения электронной плотности. Основное взаимодействие между ними — это электростатическое притяжение между постоянными диполями (диполь-дипольное или ориентационное взаимодействие). Энергия этого взаимодействия $U_{ориент}$ для неподвижных диполей зависит от их дипольных моментов $p_1$ и $p_2$ и расстояния $r$ между ними как $U_{ориент} \propto -\frac{p_1^2 p_2^2}{r^6}$. К этому сильному взаимодействию добавляются также индукционные и дисперсионные силы. В некоторых случаях (например, для молекул H₂O, HF, NH₃) образуются особенно прочные водородные связи, которые являются частным случаем диполь-дипольного взаимодействия. В совокупности это самый сильный тип взаимодействия из представленных.

Ответ: Между двумя полярными молекулами следует ожидать наиболее сильного взаимодействия.

б) две неполярные молекулы;

Неполярные молекулы не имеют постоянного дипольного момента. Взаимодействие между ними возникает исключительно за счет дисперсионных сил (сил Лондона). Эти силы обусловлены мгновенными флуктуациями электронной плотности, которые приводят к появлению кратковременных индуцированных диполей. Это самый слабый тип межмолекулярных сил (при сопоставимых размерах молекул). Энергия дисперсионного взаимодействия $U_{дисп}$ пропорциональна произведению поляризуемостей молекул $\alpha_1$ и $\alpha_2$ и обратно пропорциональна шестой степени расстояния: $U_{дисп} \propto -\frac{\alpha_1 \alpha_2}{r^6}$.

Ответ: Между двумя неполярными молекулами взаимодействие является самым слабым.

в) полярная и неполярная молекулы?

При сближении полярной и неполярной молекул постоянный диполь полярной молекулы ($p_1$) деформирует электронное облако неполярной, индуцируя в ней временный диполь. Возникает притяжение между постоянным и наведенным диполями, которое называется индукционным. Его энергия $U_{индукц}$ зависит от дипольного момента полярной молекулы и поляризуемости неполярной ($\alpha_2$): $U_{индукц} \propto -\frac{p_1^2 \alpha_2}{r^6}$. К нему также добавляются дисперсионные силы. Это взаимодействие сильнее, чем чисто дисперсионное (случай б), но слабее, чем диполь-дипольное (случай а), поскольку индуцированный диполь, как правило, слабее постоянного.

Ответ: Взаимодействие между полярной и неполярной молекулами по силе занимает промежуточное положение между двумя предыдущими случаями.