Номер 8, страница 175 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

8. Объясните причины нарушения последовательного изменения температур кипения галогеноводородов на рисунке 44 в § 17.

В ряду галогеноводородов $HF$, $HCl$, $HBr$, $HI$ должна наблюдаться общая закономерность: с увеличением молярной массы вещества повышается его температура кипения. Это связано с усилением межмолекулярных взаимодействий, а именно ван-дер-ваальсовых (дисперсионных) сил, которые возрастают с увеличением числа электронов в молекуле и, следовательно, с ростом молярной массы.

Исходя из этого правила, температуры кипения должны были бы последовательно увеличиваться в ряду: $T_{кип}(HF) < T_{кип}(HCl) < T_{кип}(HBr) < T_{кип}(HI)$.

Однако на практике эта последовательность нарушается. Для соединений $HCl$ (температура кипения -85,1 °C), $HBr$ (-66,8 °C) и $HI$ (-35,4 °C) закономерность выполняется: температура кипения действительно растет с увеличением молярной массы. Но фтороводород ($HF$) резко выбивается из этого ряда, имея аномально высокую температуру кипения +19,5 °C.

Причиной такого нарушения является наличие между молекулами $HF$ дополнительного, очень сильного типа межмолекулярного взаимодействия — водородной связи.

Водородная связь возникает из-за следующих факторов:

1. Высокая электроотрицательность фтора. Фтор — самый электроотрицательный элемент в Периодической системе. Это приводит к сильной поляризации ковалентной связи $H-F$. На атоме водорода образуется значительный частичный положительный заряд ($ \delta+ $), а на атоме фтора — частичный отрицательный заряд ($ \delta- $).

2. Малый размер атома фтора. Это позволяет молекулам сближаться на короткое расстояние, усиливая электростатическое притяжение.

В результате сильно положительно поляризованный атом водорода одной молекулы $HF$ притягивается к отрицательно поляризованному атому фтора соседней молекулы, образуя прочную водородную связь ($H^{\delta+}···F^{\delta-}$). Эти связи объединяют молекулы $HF$ в ассоциаты (цепочки или кольца).

Для того чтобы разорвать эти прочные водородные связи и перевести фтороводород из жидкого состояния в газообразное (то есть довести до кипения), требуется затратить значительно больше энергии, чем на преодоление более слабых ван-дер-ваальсовых сил в $HCl$, $HBr$ и $HI$. Именно это и является причиной аномально высокой температуры кипения фтороводорода.

Ответ: Нарушение последовательного изменения температур кипения в ряду галогеноводородов ($HF, HCl, HBr, HI$) вызвано образованием прочных межмолекулярных водородных связей между молекулами фтороводорода ($HF$). Атом фтора обладает самой высокой электроотрицательностью, что приводит к сильной поляризации связи $H-F$ и возникновению мощного межмолекулярного притяжения. Для разрыва этих связей требуется дополнительная энергия, что и обуславливает аномально высокую температуру кипения $HF$ по сравнению с $HCl$, $HBr$ и $HI$, где преобладают более слабые ван-дер-ваальсовы силы.