Номер 7, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Используя данные рисунка 44 из § 17, объясните:

a) изменение температуры кипения веществ в ряду $H_2S$ — $H_2Se$ — $H_2Te$;

б) аномально высокое значение температуры кипения воды.

а) изменение температуры кипения веществ в ряду H₂S — H₂Se — H₂Te;

Решение:

Вещества в ряду сероводород ($H_2S$), селенид водорода ($H_2Se$) и теллурид водорода ($H_2Te$) являются водородными соединениями элементов одной подгруппы (16-й группы) Периодической системы. Все они имеют молекулярное строение, а их молекулы полярны. Температура кипения вещества определяется силой межмолекулярного взаимодействия, так как для кипения необходимо сообщить молекулам энергию, достаточную для преодоления этих сил.

В ряду $H_2S \rightarrow H_2Se \rightarrow H_2Te$ происходит увеличение порядкового номера центрального атома, а следовательно, и увеличение числа электронов и молярной массы молекул. Основным типом межмолекулярного взаимодействия для этих соединений являются ван-дер-ваальсовы силы (в частности, лондоновские дисперсионные силы). Сила этих взаимодействий возрастает с увеличением числа электронов в молекуле и ее размера. Таким образом, межмолекулярное притяжение в ряду от сероводорода к теллуриду водорода усиливается. Это приводит к тому, что для разрыва связей между молекулами и их перехода в газовую фазу требуется все больше энергии, что выражается в закономерном увеличении температуры кипения.

Ответ: В ряду $H_2S \rightarrow H_2Se \rightarrow H_2Te$ увеличивается молярная масса и общее число электронов в молекулах. Это приводит к усилению межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил, из-за чего для кипения требуется больше энергии, и температура кипения закономерно возрастает.

б) аномально высокое значение температуры кипения воды.

Решение:

Вода ($H_2O$) является водородным соединением кислорода — первого элемента 16-й группы. Исходя из тенденции, наблюдаемой в ряду $H_2S \rightarrow H_2Se \rightarrow H_2Te$, можно было бы предположить, что у воды будет самая низкая температура кипения. Однако на практике температура кипения воды ($+100^\circ C$) оказывается аномально высокой по сравнению с температурами кипения $H_2S$ ($-60^\circ C$), $H_2Se$ ($-41^\circ C$) и $H_2Te$ ($-2^\circ C$).

Эта аномалия объясняется наличием между молекулами воды особого вида межмолекулярного взаимодействия — водородных связей. Атом кислорода обладает очень высокой электроотрицательностью по сравнению с серой, селеном и теллуром. Это делает ковалентную связь $O-H$ в молекуле воды сильно полярной: на атомах водорода концентрируется значительный частичный положительный заряд ($δ^+$), а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд ($δ^-$). В результате возникает сильное электростатическое притяжение между атомом водорода одной молекулы и атомом кислорода соседней молекулы.

Водородные связи значительно прочнее обычных ван-дер-ваальсовых взаимодействий, которые являются основными в других гидридах этой группы. Для того чтобы разорвать многочисленные и прочные водородные связи между молекулами воды и перевести ее из жидкого состояния в газообразное, требуется затратить большое количество энергии. Именно это и является причиной аномально высокой температуры кипения воды.

Ответ: Аномально высокая температура кипения воды обусловлена образованием между ее молекулами прочных межмолекулярных водородных связей. Эти связи возникают из-за высокой электроотрицательности атома кислорода и сильной полярности связи $O-H$. Энергия, необходимая для их разрыва, гораздо выше энергии, требуемой для преодоления более слабых ван-дер-ваальсовых сил в $H_2S$, $H_2Se$ и $H_2Te$.