Номер 7, страница 98 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Объясните характер зависимости температуры кипения водородного соединения $\text{ЭН}_x$ от порядкового номера p-элемента $\text{Э}$, используя данные рисунка 44.

Решение

Характер зависимости температуры кипения водородного соединения $ЭН_x$ от порядкового номера p-элемента $Э$ (представленный, предположительно, на рисунке 44) является сложным и определяется двумя основными факторами: силами межмолекулярного взаимодействия Ван-дер-Ваальса и водородными связями.

В общем случае, внутри одной и той же группы периодической системы температура кипения водородных соединений увеличивается с ростом порядкового номера элемента $Э$. Это связано с увеличением молярной массы молекул и, соответственно, ростом числа электронов в них. В результате усиливаются межмолекулярные силы притяжения (силы Ван-дер-Ваальса, в частности, лондоновские дисперсионные силы), для преодоления которых требуется больше энергии. Эта закономерность хорошо прослеживается на примере водородных соединений элементов 14-й группы: температура кипения возрастает в ряду $CH_4 < SiH_4 < GeH_4 < SnH_4$. Аналогичная тенденция наблюдается и в других группах, но только начиная со второго элемента. Например, в 16-й группе температура кипения растет от сероводорода к теллуроводороду: $H_2S < H_2Se < H_2Te$.

Однако для водородных соединений первых элементов 15-й, 16-й и 17-й групп — аммиака ($NH_3$), воды ($H_2O$) и фтороводорода ($HF$) — наблюдается резкая аномалия. Их температуры кипения значительно выше, чем можно было бы ожидать, исходя из общей тенденции. Так, вода кипит при $100^\circ C$, в то время как следующий в группе сероводород — при $-60^\circ C$. Причиной этой аномалии является образование между молекулами этих веществ особого типа сильного межмолекулярного взаимодействия — водородной связи.

Водородная связь возникает, когда атом водорода, связанный с очень электроотрицательным элементом (в данном случае, с азотом, кислородом или фтором), притягивается к неподеленной электронной паре электроотрицательного атома соседней молекулы. Азот, кислород и фтор — самые электроотрицательные элементы в своих группах и имеют малый атомный радиус. Это приводит к сильной поляризации связи $Э-Н$, из-за чего на атоме водорода возникает значительный частичный положительный заряд ($H^{\delta+}$), а на атоме элемента $Э$ — отрицательный ($Э^{\delta-}$). Возникающее сильное электростатическое притяжение между молекулами и есть водородная связь. Она значительно прочнее ван-дер-ваальсовых сил, поэтому для ее разрыва при кипении требуется существенное количество дополнительной энергии, что и приводит к аномально высоким температурам кипения $NH_3$, $H_2O$ и $HF$.

Ответ: Зависимость температуры кипения водородных соединений p-элементов от их порядкового номера для групп 15-17 является немонотонной, а для группы 14 — монотонно возрастающей. Общая тенденция к росту температуры кипения с увеличением порядкового номера элемента обусловлена усилением межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил. Аномально высокие температуры кипения у $NH_3$, $H_2O$ и $HF$ объясняются наличием между их молекулами прочных водородных связей, возникающих из-за высокой электроотрицательности атомов азота, кислорода и фтора.