Номер 454, страница 69 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

454. Чем можно объяснить более высокую температуру кипения фтороводорода $HF$ по сравнению с хлороводородом $HCl$, несмотря на то что последняя молекула имеет большую массу?

Более высокая температура кипения фтороводорода (HF) по сравнению с хлороводородом (HCl) объясняется наличием между молекулами HF особого, очень сильного типа межмолекулярного взаимодействия — водородных связей. Эти связи значительно прочнее, чем межмолекулярные силы, действующие между молекулами HCl.

В жидком хлороводороде (HCl) основными силами, удерживающими молекулы вместе, являются диполь-дипольные взаимодействия (поскольку связь H-Cl полярна) и лондоновские дисперсионные силы. Молярная масса HCl составляет примерно $36.5$ г/моль, а его температура кипения равна $-85.05^\circ\text{C}$.

В жидком фтороводороде (HF) ситуация иная. Атом фтора обладает самой высокой электроотрицательностью среди всех химических элементов, что делает связь H-F чрезвычайно полярной. В результате между молекулами HF образуются водородные связи. Это сильное электростатическое притяжение между положительно заряженным атомом водорода ($H^{\delta+}$) одной молекулы и неподеленной электронной парой высокоэлектроотрицательного атома фтора ($F^{\delta-}$) соседней молекулы. Энергия водородной связи значительно превышает энергию обычного диполь-дипольного взаимодействия.

Хотя молярная масса HF ($M \approx 20.0$ г/моль) меньше, чем у HCl (что означает более слабые дисперсионные силы), решающую роль играет именно прочность водородных связей. Чтобы разорвать эти прочные межмолекулярные связи в HF и перевести вещество в газообразное состояние (т.е. вскипятить), требуется гораздо больше энергии. Это приводит к аномально высокой температуре кипения фтороводорода, которая составляет $+19.5^\circ\text{C}$ и существенно превышает температуру кипения хлороводорода.

Ответ: Более высокая температура кипения фтороводорода (HF) по сравнению с хлороводородом (HCl) объясняется наличием между молекулами HF прочных межмолекулярных водородных связей, которые отсутствуют у HCl. Энергия, необходимая для разрыва этих связей, значительно больше, чем энергия, нужная для преодоления диполь-дипольных и дисперсионных сил в HCl. Это и является причиной более высокой температуры кипения HF, несмотря на его меньшую молярную массу.