Номер 10, страница 90 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 12. Межмолекулярные взаимодействия - номер 10, страница 90.

Условие.

10. Теплотой испарения называется количество энергии, которое необходимо затратить для переведения 1 моль вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Эта величина в некоторой степени характеризует степень межмолекулярного взаимодействия частиц жидкости. Объясните, почему теплота испарения веществ уменьшается в ряду: вода ($39,30 \text{ кДж/моль}$), аммиак ($23,40 \text{ кДж/моль}$), хлороводород ($16,30 \text{ кДж/моль}$), оксид углерода(II) ($5,85 \text{ кДж/моль}$). Как изменяются температуры кипения веществ в данном ряду?

Решение.

Решение 2.

Решение

Теплота испарения и температура кипения вещества определяются силой межмолекулярного взаимодействия (ММВ). Чем сильнее притяжение между молекулами, тем больше энергии нужно затратить на их разделение для перехода в газообразное состояние, и тем выше будут теплота испарения и температура кипения.

Объяснение уменьшения теплоты испарения

Рассмотрим силы ММВ для каждого вещества в указанном ряду:

• Вода ($H_2O$): Между молекулами воды существуют самые прочные из рассматриваемых взаимодействий — водородные связи. Атом кислорода очень электроотрицателен, что создает сильную полярность связи $O-H$. Каждая молекула воды способна образовывать до четырех водородных связей, формируя устойчивую пространственную сетку. Это объясняет наивысшую теплоту испарения (39,30 кДж/моль).

• Аммиак ($NH_3$): Молекулы аммиака также образуют водородные связи, но они слабее, чем в воде, так как электроотрицательность атома азота меньше, чем у кислорода. Поэтому теплота испарения аммиака ниже (23,40 кДж/моль).

• Хлороводород ($HCl$): Молекула $HCl$ полярна, и между молекулами действуют диполь-дипольные взаимодействия. Они значительно слабее водородных связей, что приводит к еще более низкой теплоте испарения (16,30 кДж/моль).

• Оксид углерода(II) ($\text{CO}$): Молекула $\text{CO}$ имеет очень малый дипольный момент, поэтому между молекулами действуют очень слабые диполь-дипольные и дисперсионные (Лондоновские) силы. Это самые слабые ММВ в ряду, что соответствует наименьшей теплоте испарения (5,85 кДж/моль).

Таким образом, уменьшение теплоты испарения в ряду $H_2O \rightarrow NH_3 \rightarrow HCl \rightarrow CO$ происходит из-за ослабления межмолекулярных взаимодействий.

Изменение температур кипения

Поскольку температура кипения также определяется силой ММВ, она будет изменяться в том же порядке, что и теплота испарения. Для преодоления более слабых сил притяжения требуется меньше энергии, а значит, и более низкая температура.

Следовательно, температуры кипения в данном ряду уменьшаются: $T_{кип}(H_2O) > T_{кип}(NH_3) > T_{кип}(HCl) > T_{кип}(CO)$.

Ответ: Уменьшение теплоты испарения в ряду вода – аммиак – хлороводород – оксид углерода(II) объясняется последовательным ослаблением сил межмолекулярного взаимодействия: от прочных водородных связей в воде к более слабым водородным связям в аммиаке, далее к диполь-дипольным взаимодействиям в хлороводороде и, наконец, к самым слабым диполь-дипольным и дисперсионным силам в оксиде углерода(II). Температуры кипения веществ в данном ряду также уменьшаются, поскольку для преодоления более слабых межмолекулярных сил требуется меньшая температура.