Номер 10, страница 147 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 24. Алканы. Строение, номенклатура, изомерия, физические свойства. Глава 3. Углеводороды - номер 10, страница 147.

Условие.

10. Используя рисунок 48, расположите формулы $CH_4$, $H_2O$, $C_{17}H_{36}$, $C_5H_{12}$ в порядке возрастания температуры плавления веществ.

Решение.

Решение 2.

Решение

Чтобы расположить вещества в порядке возрастания их температуры плавления, необходимо сравнить силы межмолекулярного взаимодействия в их кристаллических состояниях. Чем сильнее взаимодействие между молекулами, тем больше энергии требуется для разрушения кристаллической структуры, и, соответственно, тем выше температура плавления вещества.

Рассмотрим представленные вещества: $CH_4$ (метан), $C_5H_{12}$ (пентан), $C_{17}H_{36}$ (гептадекан) и $H_2O$ (вода).

1. Метан ($CH_4$), пентан ($C_5H_{12}$) и гептадекан ($C_{17}H_{36}$) относятся к гомологическому ряду алканов. Их молекулы неполярны, поэтому в твердом состоянии они связаны друг с другом только за счет слабых межмолекулярных (Ван-дер-Ваальсовых) сил, а именно лондоновских дисперсионных сил. Сила этого взаимодействия напрямую зависит от размера молекулы (количества электронов и площади поверхности), который, в свою очередь, коррелирует с молярной массой. С увеличением числа атомов углерода в цепи молярная масса и размер молекулы растут, что ведет к усилению межмолекулярного притяжения и, как следствие, к повышению температуры плавления. Таким образом, для алканов порядок возрастания температуры плавления будет следующим: $CH_4 < C_5H_{12} < C_{17}H_{36}$.

2. Вода ($H_2O$) — это вещество с полярными молекулами. Благодаря высокой электроотрицательности атома кислорода и наличию у него неподеленных электронных пар, между молекулами воды образуются прочные водородные связи. Водородные связи значительно сильнее, чем дисперсионные силы в небольших молекулах алканов. Поэтому, несмотря на свою малую молярную массу ($M(H_2O) \approx 18$ г/моль), которая сравнима с молярной массой метана ($M(CH_4) \approx 16$ г/моль), вода имеет аномально высокую температуру плавления $0^\circ C$.

3. Теперь сравним все вещества. Температура плавления метана ($CH_4$) очень низка и составляет примерно $-182^\circ C$. Температура плавления пентана ($C_5H_{12}$) выше, чем у метана, но все еще очень низкая, около $-130^\circ C$. Температура плавления воды ($H_2O$) равна $0^\circ C$, что выше, чем у метана и пентана, из-за наличия водородных связей. Температура плавления гептадекана ($C_{17}H_{36}$) составляет около $22^\circ C$. В этом случае суммарные дисперсионные силы в большой молекуле гептадекана оказываются достаточно сильными, чтобы температура плавления была выше, чем у воды.

Таким образом, располагая вещества в порядке возрастания их температуры плавления, получаем следующий ряд: метан, пентан, вода, гептадекан.

Ответ: $CH_4$, $C_5H_{12}$, $H_2O$, $C_{17}H_{36}$.