Номер 180, страница 117 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.180. Почему при определении относительной плотности паров карбоновых кислот часто получают значения почти в два раза выше теоретических?

При определении относительной плотности паров карбоновых кислот часто получают значения почти в два раза выше теоретических из-за явления димеризации. Молекулы карбоновых кислот способны образовывать между собой прочные ассоциаты — димеры — за счет возникновения двух межмолекулярных водородных связей.

Это происходит между карбоксильными группами (-COOH) двух молекул: атом водорода гидроксильной группы одной молекулы притягивается к атому кислорода карбонильной группы другой молекулы, и наоборот. В результате образуется устойчивый восьмичленный цикл.

В газовой фазе (в парах), особенно при относительно невысоких температурах, устанавливается равновесие между мономерами и димерами: $$ 2 \text{R-COOH} \rightleftharpoons (\text{R-COOH})_2 $$ Это равновесие, как правило, сильно смещено вправо, то есть большинство молекул существует в виде димеров.

Относительная плотность газа ($D$) — это отношение его молярной массы ($M$) к молярной массе газа, по которому ведется сравнение (например, водорода $M_{H_2}=2 \text{ г/моль}$ или воздуха $M_{воздуха} \approx 29 \text{ г/моль}$). Формула имеет вид: $$ D = \frac{M_{вещества}}{M_{сравнения}} $$ Теоретическая плотность рассчитывается исходя из молярной массы одной молекулы кислоты (мономера) — $M_{теор} = M_{мономер}$.

Однако экспериментально измеряемая плотность паров соответствует средней молярной массе частиц в газе. Поскольку в парах карбоновых кислот преобладают димеры, их эффективная (средняя) молярная масса ($M_{эксп}$) приближается к молярной массе димера, которая вдвое больше молярной массы мономера: $$ M_{эксп} \approx M_{димер} = 2 \cdot M_{мономер} $$ Следовательно, экспериментально найденная относительная плотность паров оказывается почти вдвое выше теоретически рассчитанной для мономеров: $$ D_{эксп} = \frac{M_{эксп}}{M_{сравнения}} \approx \frac{2 \cdot M_{мономер}}{M_{сравнения}} = 2 \cdot D_{теор} $$ Степень димеризации зависит от температуры: при ее повышении водородные связи рвутся, димеры распадаются на мономеры, и экспериментальное значение плотности приближается к теоретическому.

Ответ: Значения относительной плотности паров карбоновых кислот оказываются почти в два раза выше теоретических из-за того, что молекулы карбоновых кислот в газовой фазе образуют димеры за счет двух межмолекулярных водородных связей. Это приводит к тому, что эффективная молярная масса частиц в паре становится практически вдвое больше, чем молярная масса одиночной молекулы (мономера), на основе которой рассчитывается теоретическое значение плотности.