Номер 3, страница 98 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Учитывая, что образование водородных связей характерно для молекул веществ, содержащих группы OH, объясните малую летучесть и сравнительно высокую вязкость серной и фосфорной кислот.

Решение

Малая летучесть и сравнительно высокая вязкость серной ($H_2SO_4$) и фосфорной ($H_3PO_4$) кислот являются прямым следствием их молекулярного строения. В соответствии с условием, ключевую роль в этом играют водородные связи, которые образуются благодаря наличию в молекулах этих кислот гидроксогрупп ($-OH$).

Структурная формула серной кислоты — $SO_2(OH)_2$. Каждая ее молекула содержит две гидроксогруппы. Структурная формула ортофосфорной кислоты — $PO(OH)_3$. Каждая ее молекула содержит три гидроксогруппы.

Атом водорода в группе $-OH$ из-за высокой электроотрицательности кислорода имеет частичный положительный заряд ($\delta+$) и притягивается к атому кислорода ($\delta-$) соседней молекулы, у которого есть неподеленные электронные пары. Это и есть водородная связь. Поскольку в молекулах серной и фосфорной кислот есть несколько таких групп, каждая молекула может образовывать несколько водородных связей одновременно, выступая и донором, и акцептором протонов. В результате образуется обширная и прочная трехмерная сетка межмолекулярных водородных связей, которая сильно связывает (ассоциирует) молекулы друг с другом.

Эта сильная ассоциация молекул объясняет указанные физические свойства.

Малая летучесть

Летучесть — это способность вещества переходить из жидкого состояния в газообразное. Чтобы молекула покинула жидкость, ей необходимо преодолеть силы межмолекулярного притяжения. В случае $H_2SO_4$ и $H_3PO_4$ эти силы очень велики из-за мощной сети водородных связей. Для разрыва этих многочисленных связей требуется большое количество тепловой энергии. Поэтому у данных кислот очень высокие температуры кипения, и при комнатной температуре они практически не испаряются, то есть обладают малой летучестью.

Сравнительно высокая вязкость

Вязкость — это мера внутреннего трения жидкости, ее сопротивление течению. Сильные и многочисленные водородные связи, образующие пространственную сетку, мешают молекулам свободно скользить друг относительно друга. Молекулы как бы "цепляются" друг за друга, что создает высокое сопротивление сдвигу слоев жидкости. В результате концентрированные серная и фосфорная кислоты являются густыми, сиропообразными жидкостями с высокой вязкостью.

Ответ: Малая летучесть и высокая вязкость серной и фосфорной кислот обусловлены наличием в их молекулах нескольких гидроксогрупп ($-OH$). Эти группы позволяют молекулам кислот образовывать между собой разветвленную и прочную трехмерную сеть межмолекулярных водородных связей. Эти сильные взаимодействия требуют большой энергии для их разрыва, что объясняет высокую температуру кипения и, следовательно, низкую летучесть. Одновременно эти же связи затрудняют взаимное перемещение молекул, что проявляется как высокая вязкость жидкостей.