Номер 4, страница 263 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 56. Межмолекулярные взаимодействия. Глава 5. Строение вещества - номер 4, страница 263.

Условие.

4. В каком из нитрофенолов может существовать внутримолекулярная водородная связь? Как она влияет на температуру плавления этого вещества по сравнению с его изомерами?

Решение.

Решение 2.

В каком из нитрофенолов может существовать внутримолекулярная водородная связь?
Внутримолекулярная водородная связь может существовать в орто-нитрофеноле (2-нитрофеноле).
Водородная связь представляет собой электростатическое притяжение между положительно поляризованным атомом водорода, связанным с электроотрицательным атомом (донором), и другим электроотрицательным атомом (акцептором). В нитрофенолах донором является гидроксильная группа (-OH), а акцептором — нитрогруппа (-NO₂).
Для образования внутримолекулярной связи, то есть связи внутри одной молекулы, необходимо, чтобы донорная и акцепторная группы были пространственно сближены. Рассмотрим три изомера нитрофенола:

• В орто-нитрофеноле группы -OH и -NO₂ находятся в соседних положениях (1 и 2) бензольного кольца. Такое расположение позволяет атому водорода гидроксильной группы образовать водородную связь с одним из атомов кислорода нитрогруппы. В результате формируется устойчивый шестичленный цикл.
• В мета-нитрофеноле (положения 1 и 3) и пара-нитрофеноле (положения 1 и 4) расстояние между функциональными группами слишком велико, что делает образование внутримолекулярной водородной связи невозможным.

Таким образом, только в орто-изомере создаются условия для существования внутримолекулярной водородной связи.
Ответ: Внутримолекулярная водородная связь может существовать в орто-нитрофеноле (2-нитрофеноле) из-за близкого расположения гидроксильной и нитрогруппы, что позволяет образовать устойчивый внутримолекулярный цикл.

Как она влияет на температуру плавления этого вещества по сравнению с его изомерами?
Наличие внутримолекулярной водородной связи значительно понижает температуру плавления орто-нитрофенола по сравнению с его мета- и пара-изомерами.
Температура плавления вещества зависит от энергии, необходимой для разрушения его кристаллической решетки, то есть от силы межмолекулярных взаимодействий.

• У орто-нитрофенола атом водорода гидроксильной группы участвует в образовании внутримолекулярной водородной связи. Это практически исключает возможность для этого атома водорода формировать водородные связи с соседними молекулами. В результате молекулы орто-нитрофенола в твердом состоянии связаны между собой в основном только слабыми силами Ван-дер-Ваальса.
• У мета- и пара-нитрофенолов, где внутримолекулярная связь невозможна, атом водорода гидроксильной группы одной молекулы образует прочную межмолекулярную водородную связь с нитрогруппой другой молекулы. Это приводит к образованию прочных ассоциатов и требует значительно большей энергии для их разрушения при плавлении.

Следовательно, из-за слабых межмолекулярных сил орто-нитрофенол имеет существенно более низкую температуру плавления. Например: температура плавления о-нитрофенола составляет 45 °C, в то время как у м-нитрофенола она равна 97 °C, а у п-нитрофенола — 114 °C.
Ответ: Внутримолекулярная водородная связь в орто-нитрофеноле ослабляет межмолекулярное взаимодействие, что приводит к значительному понижению его температуры плавления по сравнению с мета- и пара-изомерами, которые образуют прочные межмолекулярные водородные связи.