Номер 6, страница 98 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Объясните, почему температура кипения аммиака выше, чем температура кипения фосфина.

Температура кипения вещества напрямую зависит от силы межмолекулярных взаимодействий. Чем прочнее связи между молекулами, тем больше энергии требуется для их разрыва при переходе вещества из жидкого состояния в газообразное, и, следовательно, тем выше температура кипения.

Для объяснения разницы в температурах кипения аммиака ($NH_3$) и фосфина ($PH_3$) необходимо сравнить типы и силы межмолекулярных взаимодействий в этих веществах.

1. Аммиак ($NH_3$). В молекуле аммиака атом водорода связан с атомом азота ($N$). Азот является одним из самых электроотрицательных элементов (наряду с кислородом и фтором). Из-за большой разницы в электроотрицательности между азотом и водородом связь $N-H$ является сильнополярной. На атоме азота возникает значительный частичный отрицательный заряд ($δ-$), а на атомах водорода — частичный положительный ($δ+$). Благодаря этому, а также наличию неподеленной электронной пары у атома азота, между молекулами аммиака образуется особый тип сильного межмолекулярного взаимодействия — водородная связь. Частично положительно заряженный атом водорода одной молекулы сильно притягивается к неподеленной электронной паре атома азота соседней молекулы.

2. Фосфин ($PH_3$). Фосфор ($P$) расположен в той же группе, что и азот, но периодом ниже. Его электроотрицательность значительно меньше, чем у азота, и почти равна электроотрицательности водорода. Поэтому связь $P-H$ является практически неполярной. Следовательно, молекулы фосфина не могут образовывать между собой водородные связи. Основным типом межмолекулярного взаимодействия в фосфине являются значительно более слабые дисперсионные силы (силы Лондона), которые существуют между любыми молекулами.

Хотя фосфин имеет большую молярную массу ($M(PH_3) \approx 34$ г/моль) по сравнению с аммиаком ($M(NH_3) \approx 17$ г/моль), что приводит к более сильным дисперсионным силам, их вклад незначителен по сравнению с энергией водородной связи.

В итоге, для того чтобы "оторвать" молекулы аммиака друг от друга и перевести его в газ, необходимо затратить гораздо больше энергии на разрыв прочных водородных связей, чем на преодоление слабых межмолекулярных сил в фосфине. Это и объясняет, почему температура кипения аммиака ($-33.4 °C$) аномально высокая по сравнению с температурой кипения фосфина ($-87.7 °C$).

Ответ: Высокая температура кипения аммиака по сравнению с фосфином обусловлена наличием прочных межмолекулярных водородных связей между молекулами $NH_3$. В фосфине ($PH_3$) такие связи не образуются из-за слабой полярности связи $P-H$, и между его молекулами действуют только значительно более слабые ван-дер-ваальсовы силы.