Номер 2, страница 138 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Какая связь называется водородной? Как она определяет физические свойства воды?

Какая связь называется водородной?

Водородная связь — это вид межмолекулярного (или, реже, внутримолекулярного) взаимодействия. Она возникает между атомом водорода, который ковалентно связан с сильно электроотрицательным атомом (чаще всего это кислород $O$, азот $N$ или фтор $F$), и другим электроотрицательным атомом, имеющим неподеленную электронную пару.

Механизм образования водородной связи следующий:

1. Электроотрицательный атом (обозначим его A) оттягивает на себя общую электронную пару от атома водорода $H$.
2. В результате этого смещения на атоме водорода возникает частичный положительный заряд ($H^{\delta+}$), а на атоме A — частичный отрицательный заряд ($A^{\delta-}$). Связь A-H становится полярной.
3. Положительно поляризованный атом водорода ($H^{\delta+}$) одной молекулы притягивается к неподеленной электронной паре отрицательно поляризованного атома B (который также является электроотрицательным, например, O, N или F) другой молекулы.

Это электростатическое притяжение $A^{\delta-}-H^{\delta+} \cdot\cdot\cdot B^{\delta-}$ и называется водородной связью. Она значительно слабее ковалентной связи, но является самой сильной из межмолекулярных связей.

Ответ: Водородная связь — это электростатическое притяжение между положительно поляризованным атомом водорода ($H^{\delta+}$), ковалентно связанным с сильно электроотрицательным атомом (F, O, N), и неподеленной электронной парой другого электроотрицательного атома в соседней (или той же) молекуле.

Как она определяет физические свойства воды?

Молекула воды ($H_2O$) состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Из-за высокой электроотрицательности кислорода и изогнутой формы молекулы, она является ярко выраженным диполем. Это позволяет каждой молекуле воды образовывать до четырех водородных связей с соседними молекулами. Образуется прочная пространственная сетка, которая и определяет уникальные (аномальные) физические свойства воды.

• Высокие температуры кипения ($100^\circ C$) и плавления ($0^\circ C$): Для того чтобы разорвать многочисленные водородные связи и перевести воду в газообразное состояние (кипение) или просто заставить молекулы двигаться свободнее в жидкости (плавление), требуется большое количество энергии. Без водородных связей вода кипела бы при температуре около $-80^\circ C$.
• Высокая удельная теплоемкость: Вода может поглощать большое количество тепла, при этом ее собственная температура повышается незначительно. Это происходит потому, что большая часть энергии уходит не на увеличение скорости движения молекул, а на разрыв водородных связей. Это свойство критически важно для терморегуляции живых организмов и климата Земли.
• Аномалия плотности: При замерзании молекулы воды выстраиваются в упорядоченную кристаллическую решетку (лёд), где расстояние между молекулами, зафиксированное водородными связями, оказывается больше, чем в жидком состоянии. Поэтому плотность льда меньше плотности жидкой воды, и лёд плавает на поверхности, защищая водоемы от полного промерзания зимой. Максимальную плотность вода имеет при $4^\circ C$.
• Высокое поверхностное натяжение: Сильное взаимное притяжение молекул воды из-за водородных связей приводит к высокому поверхностному натяжению. Молекулы на поверхности втягиваются внутрь объема жидкости, создавая подобие упругой пленки.
• Хороший растворитель: Полярность молекул воды и их способность образовывать водородные связи делают воду универсальным растворителем для многих полярных и ионных соединений. Молекулы воды окружают ионы или полярные молекулы растворяемого вещества, способствуя его диссоциации.

Ответ: Наличие прочных водородных связей между молекулами воды обуславливает ее аномально высокие температуры кипения и плавления, высокую теплоемкость, высокое поверхностное натяжение, а также тот факт, что плотность льда меньше плотности жидкой воды. Эти же свойства делают воду универсальным полярным растворителем.