Номер 12, страница 90 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

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

Условие.

12. В прямоугольной системе координат постройте графики зависимости температур плавления и кипения водородных соединений элементов VIA-группы (в координатах температура — относительная молекулярная масса). Выскажите своё предположение относительно причины отсутствия монотонности в ходе кривых.

Решение.

Решение 2.

Для построения графиков и анализа зависимостей рассмотрим водородные соединения элементов VIA-группы (халькогенов): кислорода (O), серы (S), селена (Se) и теллура (Te). Это вода ($H_2O$), сероводород ($H_2S$), селеноводород ($H_2Se$) и теллуроводород ($H_2Te$).

Соберем необходимые данные: относительные молекулярные массы ($M_r$), температуры плавления ($T_{пл}$) и температуры кипения ($T_{кип}$).

• $H_2O$ (вода):
  Относительная атомная масса: H - 1, O - 16.
  $M_r(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ а.е.м.
  $T_{пл} = 0~^{\circ}\text{C}$
  $T_{кип} = 100~^{\circ}\text{C}$
• $H_2S$ (сероводород):
  Относительная атомная масса: H - 1, S - 32.
  $M_r(H_2S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$ а.е.м.
  $T_{пл} = -85.5~^{\circ}\text{C}$
  $T_{кип} = -60.3~^{\circ}\text{C}$
• $H_2Se$ (селеноводород):
  Относительная атомная масса: H - 1, Se - 79.
  $M_r(H_2Se) = 2 \cdot 1 + 79 = 81$ а.е.м.
  $T_{пл} = -65.7~^{\circ}\text{C}$
  $T_{кип} = -41.3~^{\circ}\text{C}$
• $H_2Te$ (теллуроводород):
  Относительная атомная масса: H - 1, Te - 128.
  $M_r(H_2Te) = 2 \cdot 1 + 128 = 130$ а.е.м.
  $T_{пл} = -49.2~^{\circ}\text{C}$
  $T_{кип} = -2.2~^{\circ}\text{C}$

Построение графиков зависимости температур плавления и кипения от относительной молекулярной массы

На основе полученных данных построим графики. По оси абсцисс (X) откладываем относительную молекулярную массу ($M_r$), а по оси ординат (Y) — температуру в градусах Цельсия ($T, ^{\circ}\text{C}$). Нанесём две кривые: одну для температур плавления, другую для температур кипения.

Точки для графика температуры плавления:

(18; 0), (34; -85.5), (81; -65.7), (130; -49.2).

Точки для графика температуры кипения:

(18; 100), (34; -60.3), (81; -41.3), (130; -2.2).

Обе кривые будут иметь схожий вид: от точки, соответствующей воде ($H_2O$), наблюдается резкое падение температуры до точки сероводорода ($H_2S$), а затем плавное, монотонное возрастание температур для ряда $H_2S \rightarrow H_2Se \rightarrow H_2Te$. Таким образом, общая зависимость не является монотонной из-за аномально высоких значений для первого члена ряда — воды.

Ответ: Графики зависимости температур плавления и кипения от относительной молекулярной массы для водородных соединений VIA-группы немонотонны. Они показывают аномально высокие значения для воды ($M_r=18$), резкое падение для сероводорода ($M_r=34$) и последующий монотонный рост для селеноводорода ($M_r=81$) и теллуроводорода ($M_r=130$).

Предположение относительно причины отсутствия монотонности в ходе кривых

Отсутствие монотонности в изменении температур плавления и кипения связано с различиями в характере межмолекулярных взаимодействий.

1. В ряду $H_2S \rightarrow H_2Se \rightarrow H_2Te$ с ростом относительной молекулярной массы увеличивается число электронов в молекулах. Это приводит к усилению межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса (дисперсионных сил). Чем сильнее эти силы, тем больше энергии требуется для их преодоления, чтобы перевести вещество из твердого состояния в жидкое (плавление) или из жидкого в газообразное (кипение). Поэтому в этом ряду температуры плавления и кипения монотонно возрастают.

2. Аномально высокие температуры плавления и кипения воды ($H_2O$) по сравнению с другими гидридами этой группы объясняются наличием между ее молекулами водородных связей. Атом кислорода обладает очень высокой электроотрицательностью по сравнению с водородом. В результате связь $O-H$ сильно поляризована. Положительно заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к неподеленной электронной паре отрицательно заряженного атома кислорода соседней молекулы. Эта связь значительно прочнее, чем ван-дер-ваальсовы взаимодействия в $H_2S$, $H_2Se$ и $H_2Te$. Для разрыва прочных водородных связей требуется гораздо больше энергии, что и обуславливает аномально высокие температуры плавления и кипения воды.

Ответ: Причиной отсутствия монотонности является наличие прочных межмолекулярных водородных связей в воде ($H_2O$), которые отсутствуют в других водородных соединениях элементов VIA-группы ($H_2S$, $H_2Se$, $H_2Te$). Эти связи обуславливают аномально высокие температуры плавления и кипения воды по сравнению со значениями, которые можно было бы ожидать, исходя из общей тенденции, определяемой силами Ван-дер-Ваальса.