Номер 6, страница 263 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 56. Межмолекулярные взаимодействия. Глава 5. Строение вещества - номер 6, страница 263.

Условие.

6. Какое из двух веществ кипит при более высокой температуре:

а) $HBr$ или $HI$;

б) $CF_4$ или $CCl_4$;

в) бензол или нафталин;

г) $C_2H_5OH$ или $(C_2H_5)_2O$?

Почему? Какие силы действуют между молекулами этих веществ?

Решение.

Решение 2.

Температура кипения вещества определяется силой межмолекулярных взаимодействий (ММВ). Чем сильнее притяжение между молекулами, тем больше энергии требуется для их разделения и перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, и, следовательно, тем выше температура кипения.

а) HBr или HI

Оба вещества, бромоводород ($HBr$) и йодоводород ($HI$), представляют собой полярные молекулы. Между их молекулами действуют два типа межмолекулярных сил: диполь-дипольные взаимодействия и лондоновские дисперсионные силы. Хотя полярность связи $H-Br$ выше, чем у $H-I$ (из-за большей электроотрицательности брома по сравнению с йодом), что приводит к более сильным диполь-дипольным взаимодействиям в $HBr$, решающим фактором является сила дисперсионных сил. Молекула $HI$ имеет значительно большую молярную массу и большее количество электронов (54) по сравнению с молекулой $HBr$ (36). Это приводит к гораздо более сильным лондоновским дисперсионным силам в йодоводороде. В данном случае увеличение дисперсионных сил перевешивает уменьшение диполь-дипольного взаимодействия, поэтому для преодоления межмолекулярного притяжения в $HI$ требуется больше энергии.

Ответ: $HI$ кипит при более высокой температуре.

б) CF₄ или CCl₄

Молекулы тетрафторметана ($CF_4$) и тетрахлорметана ($CCl_4$) являются неполярными, несмотря на полярность связей $C-F$ и $C-Cl$. Это связано с их симметричной тетраэдрической структурой, в которой дипольные моменты отдельных связей взаимно компенсируются. Поэтому единственным типом межмолекулярных сил, действующих между молекулами обоих веществ, являются лондоновские дисперсионные силы. Сила этих сил прямо пропорциональна количеству электронов в молекуле (и, следовательно, молярной массе). Молекула $CCl_4$ содержит значительно больше электронов (12 + 4·17 = 80) и имеет большую молярную массу (≈ 154 г/моль) по сравнению с $CF_4$ (12 + 4·9 = 48 электронов, молярная масса ≈ 88 г/моль). Следовательно, дисперсионные силы в $CCl_4$ значительно сильнее, что и обуславливает его более высокую температуру кипения.

Ответ: $CCl_4$ кипит при более высокой температуре.

в) бензол или нафталин

Бензол ($C_6H_6$) и нафталин ($C_{10}H_8$) являются неполярными ароматическими углеводородами. Между их молекулами действуют только лондоновские дисперсионные силы. Сила этих взаимодействий зависит от размера молекулы, ее площади поверхности и общего числа электронов. Нафталин представляет собой более крупную молекулу, состоящую из двух конденсированных бензольных колец. Он имеет большую молярную массу (≈ 128 г/моль) и большее количество электронов (10·6 + 8·1 = 68) по сравнению с бензолом (молярная масса ≈ 78 г/моль, 6·6 + 6·1 = 42 электрона). Большая площадь поверхности и большее количество электронов в молекуле нафталина приводят к более сильным дисперсионным силам, поэтому нафталин имеет более высокую температуру кипения.

Ответ: нафталин кипит при более высокой температуре.

г) C₂H₅OH или (C₂H₅)₂O

Этанол ($C_2H_5OH$) и диэтиловый эфир (($C_2H_5)_2O$) имеют разные типы межмолекулярных взаимодействий. В молекуле этанола присутствует гидроксильная группа ($-OH$), где атом водорода связан с высокоэлектроотрицательным атомом кислорода. Это позволяет молекулам этанола образовывать между собой прочные водородные связи. Помимо водородных связей, между молекулами этанола действуют также диполь-дипольные взаимодействия и лондоновские дисперсионные силы. Молекула диэтилового эфира полярна (из-за неподеленных пар электронов на атоме кислорода и изогнутой геометрии), поэтому между его молекулами существуют диполь-дипольные взаимодействия и дисперсионные силы. Однако в эфире отсутствует атом водорода, непосредственно связанный с кислородом, поэтому он не способен образовывать водородные связи между своими молекулами. Водородные связи значительно сильнее диполь-дипольных взаимодействий. Несмотря на то, что молярная масса диэтилового эфира (≈ 74 г/моль) больше, чем у этанола (≈ 46 г/моль), наличие сильных водородных связей в этаноле является определяющим фактором, обуславливающим его гораздо более высокую температуру кипения.

Ответ: $C_2H_5OH$ кипит при более высокой температуре.