Номер 3, страница 27 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Укажите физические свойства аммиака, обусловленные водородной связью, опишите применение аммиака на основе этих свойств.

Водородная связь — это тип межмолекулярной связи, который возникает между атомом водорода, ковалентно связанным с сильно электроотрицательным атомом (таким как азот, кислород или фтор), и неподеленной электронной парой другого электроотрицательного атома. В молекуле аммиака ($NH_3$) атом азота обладает высокой электроотрицательностью и имеет неподеленную электронную пару, а связи $N-H$ сильно поляризованы. Это приводит к образованию водородных связей между молекулами аммиака, где атом водорода ($\delta+$) одной молекулы притягивается к атому азота ($\delta-$) другой.

Физические свойства аммиака, обусловленные водородной связью

Наличие прочных водородных связей между молекулами аммиака приводит к аномальным (для его небольшой молярной массы) физическим свойствам:

1. Аномально высокие температуры кипения и плавления. По сравнению с другими гидридами элементов 15-й группы (фосфином $PH_3$, арсином $AsH_3$), аммиак имеет значительно более высокие температуры кипения ($-33.3^\circ C$) и плавления ($-77.7^\circ C$). Без водородных связей аммиак кипел бы при температуре около $-100^\circ C$. Дополнительная энергия требуется для разрыва этих межмолекулярных связей при переходе из твердого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное.

2. Высокая теплота парообразования. Для испарения жидкого аммиака требуется большое количество энергии ($ΔH_{vap} = 23.35$ кДж/моль), так как необходимо преодолеть сильное межмолекулярное притяжение, создаваемое водородными связями. Это значение значительно выше, чем у веществ с сопоставимой молярной массой, но без водородных связей (например, у метана $CH_4$).

3. Отличная растворимость в воде. Аммиак очень хорошо растворяется в воде (около 90 г на 100 мл воды при $0^\circ C$). Это объясняется способностью молекул аммиака образовывать прочные водородные связи с молекулами воды.

Ответ: Основные физические свойства аммиака, обусловленные водородной связью, — это аномально высокие для его молярной массы температуры плавления ($-77.7^\circ C$) и кипения ($-33.3^\circ C$), высокая теплота парообразования и отличная растворимость в воде.

Применение аммиака на основе этих свойств

Уникальные физические свойства аммиака, связанные с водородной связью, определяют его ключевые области применения:

• В качестве хладагента. Высокая теплота парообразования делает аммиак очень эффективным хладагентом (R717). В холодильных установках жидкий аммиак испаряется, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды и охлаждая ее. Затем газообразный аммиак сжимается и конденсируется, выделяя тепло наружу. Этот цикл используется в промышленных холодильных установках, на ледовых аренах и в пищевой промышленности.

• В производстве нашатырного спирта и удобрений. Отличная растворимость аммиака в воде используется для получения его концентрированных водных растворов, известных как аммиачная вода или нашатырный спирт. Нашатырный спирт применяется в медицине, бытовой химии. Аммиачная вода также является важным азотным удобрением в сельском хозяйстве.

Ответ: Благодаря высокой теплоте парообразования аммиак используется как эффективный хладагент в промышленных холодильных установках. Его высокая растворимость в воде позволяет производить нашатырный спирт для медицины и бытовых нужд, а также аммиачную воду, применяемую в качестве азотного удобрения.