Номер 7, страница 83 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Объясните уменьшение термической устойчивости соединений в ряду: $H_2O$, $H_2S$, $H_2Se$.

Решение

Термическая устойчивость соединений — это их способность противостоять разложению при повышении температуры. В ряду водородных соединений элементов 16-й группы (халькогенов) $H_2O$ (вода), $H_2S$ (сероводород) и $H_2Se$ (селенид водорода) наблюдается закономерное уменьшение термической устойчивости. Это явление объясняется изменением свойств элементов (кислорода, серы, селена) при движении вниз по группе в Периодической системе.

Ключевым фактором, определяющим термическую устойчивость, является прочность химической связи между атомом водорода и атомом халькогена (связь Э-Н). Прочность этой связи, в свою очередь, зависит от следующих параметров:

1. Атомный радиус. При переходе от кислорода к сере и далее к селену увеличивается количество электронных слоев, что приводит к закономерному увеличению радиуса атома: $r(O) < r(S) < r(Se)$.

2. Длина связи. С увеличением радиуса центрального атома возрастает и длина ковалентной связи Э-Н. Таким образом, длина связи в молекулах увеличивается в ряду: $длина(H-O) < длина(H-S) < длина(H-Se)$.

3. Энергия связи. Длина связи обратно пропорциональна ее прочности (энергии). Чем длиннее связь, тем она слабее, так как перекрывание электронных орбиталей становится менее эффективным. Следовательно, для разрыва такой связи требуется меньше энергии. Энергия, необходимая для разрыва связи Э-Н, уменьшается в следующей последовательности: $E(H-O) > E(H-S) > E(H-Se)$.

Таким образом, поскольку для разложения соединения необходимо затратить энергию, достаточную для разрыва химических связей, то чем прочнее связь, тем выше термическая устойчивость. В данном ряду самой прочной является связь H-O в молекуле воды, поэтому вода — самое термически устойчивое соединение (разлагается при t > 2000°C). Связь H-Se в селениде водорода является самой слабой, поэтому $H_2Se$ наименее устойчив и легко разлагается уже при слабом нагревании (около 150°C). Сероводород $H_2S$ занимает промежуточное положение (разлагается при t > 400°C).

Ответ: Уменьшение термической устойчивости в ряду $H_2O \rightarrow H_2S \rightarrow H_2Se$ объясняется ослаблением ковалентной связи Э-Н (где Э = O, S, Se). При движении вниз по 16-й группе периодической системы увеличивается радиус центрального атома, что приводит к увеличению длины связи и, как следствие, к уменьшению ее энергии (прочности). Чем слабее связь, тем меньше энергии требуется для ее разрыва, и тем ниже термическая устойчивость соединения.