Номер 4, страница 98 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Расположите следующие молекулы в порядке увеличения сил межмолекулярного взаимодействия: $H_2$, $He$, $F_2$, $Br_2$, $H_2O$. Сравните эти вещества по температурам кипения.

Для решения данной задачи необходимо проанализировать типы межмолекулярных взаимодействий (ММВ) для каждого из веществ. Сила ММВ напрямую влияет на физические свойства, в частности на температуру кипения. Чем сильнее межмолекулярные силы, тем больше энергии требуется для их преодоления, и, следовательно, тем выше температура кипения.

Основные типы межмолекулярных взаимодействий:

Дисперсионные силы (силы Лондона): присутствуют во всех атомах и молекулах. Их сила увеличивается с ростом числа электронов и размера молекулы (поляризуемости).

Диполь-дипольные взаимодействия: возникают между полярными молекулами.

Водородные связи: наиболее сильный вид межмолекулярного взаимодействия, который образуется между молекулами, где атом водорода связан с высокоэлектроотрицательным атомом (F, O, N).

Расположение следующих молекул в порядке увеличения сил межмолекулярного взаимодействия

Проанализируем каждое вещество:

$He$ (гелий): Атом гелия неполярен. Единственный тип ММВ — очень слабые дисперсионные силы (всего 2 электрона).

$H_2$ (водород): Неполярная двухатомная молекула. Присутствуют только дисперсионные силы. Хотя у $H_2$ тоже 2 электрона, как и у $He$, его вытянутая форма делает его немного более поляризуемым, чем сферический атом гелия. Поэтому силы взаимодействия у $H_2$ чуть сильнее.

$F_2$ (фтор): Неполярная двухатомная молекула. ММВ представлены дисперсионными силами. Молекула фтора имеет 18 электронов, что обуславливает значительно более сильные дисперсионные силы по сравнению с $He$ и $H_2$.

$Br_2$ (бром): Неполярная двухатомная молекула. Основной тип ММВ — дисперсионные силы. Молекула брома содержит 70 электронов и имеет значительно большую молярную массу и размер, чем фтор, что приводит к очень сильным дисперсионным взаимодействиям.

$H_2O$ (вода): Полярная молекула с угловой структурой. Между молекулами воды, помимо дисперсионных и диполь-дипольных сил, существуют очень сильные водородные связи. Эти связи значительно превосходят по силе дисперсионные силы даже в такой крупной молекуле, как $Br_2$.

Основываясь на анализе, мы можем расположить вещества в порядке возрастания сил межмолекулярного взаимодействия: от самых слабых дисперсионных сил у гелия до сильных водородных связей у воды.

Ответ: Порядок увеличения сил межмолекулярного взаимодействия: $He < H_2 < F_2 < Br_2 < H_2O$.

Сравнение этих веществ по температурам кипения

Температура кипения — это температура, при которой вещество переходит из жидкого состояния в газообразное. Этот процесс требует преодоления сил межмолекулярного притяжения. Следовательно, чем сильнее ММВ, тем выше температура кипения вещества.

Поскольку ряд по увеличению сил ММВ уже установлен, порядок увеличения температур кипения будет ему полностью соответствовать.

Ряд по увеличению температур кипения: $He < H_2 < F_2 < Br_2 < H_2O$.

Это подтверждается справочными данными о температурах кипения:

$T_{кип}(He) = -268.9 \, ^\circ C$

$T_{кип}(H_2) = -252.9 \, ^\circ C$

$T_{кип}(F_2) = -188.1 \, ^\circ C$

$T_{кип}(Br_2) = 58.8 \, ^\circ C$

$T_{кип}(H_2O) = 100 \, ^\circ C$

Ответ: Порядок увеличения температур кипения: $He < H_2 < F_2 < Br_2 < H_2O$.