Номер 4, страница 201 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

4. Приведите примеры веществ, между молекулами которых образуются водородные связи. Как это отражается на физических свойствах этих веществ?

Водородная связь — это вид межмолекулярного или внутримолекулярного взаимодействия, которое образуется между атомом водорода ($H$), ковалентно связанным с сильно электроотрицательным атомом (чаще всего фтором $F$, кислородом $O$ или азотом $N$), и неподеленной электронной парой другого электроотрицательного атома в соседней молекуле. Атом водорода, несущий частичный положительный заряд ($ \delta^+ $), притягивается к электроотрицательному атому ($ \delta^- $) соседней молекулы.

Приведите примеры веществ, между молекулами которых образуются водородные связи

Водородные связи образуются между молекулами таких веществ, как вода ($ H_2O $), аммиак ($ NH_3 $), плавиковая кислота ($ HF $). Также они характерны для органических соединений, содержащих функциональные группы с атомами кислорода или азота: спирты (например, этанол $ C_2H_5OH $), карбоновые кислоты (например, уксусная кислота $ CH_3COOH $), амины. Водородные связи играют ключевую роль в структуре важнейших биополимеров — белков (определяют вторичную структуру) и нуклеиновых кислот (удерживают цепи ДНК).

Как это отражается на физических свойствах этих веществ?

Наличие водородных связей, которые значительно прочнее обычных межмолекулярных (ван-дер-ваальсовых) сил, приводит к появлению у веществ ряда аномальных физических свойств. Во-первых, это аномально высокие температуры кипения и плавления. Для того чтобы вещество перешло в газообразное состояние, необходимо затратить дополнительную энергию на разрыв водородных связей. Яркий пример — вода ($ H_2O $) с температурой кипения 100°C, в то время как аналог из той же группы, сероводород ($ H_2S $), имеющий большую молярную массу, кипит при -60°C. Во-вторых, это хорошая растворимость. Вещества, способные образовывать водородные связи, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, которые также могут их образовывать (принцип «подобное растворяется в подобном»). Так, спирты и сахара хорошо растворяются в воде. В-третьих, это повышенная вязкость и высокое поверхностное натяжение. Сильное притяжение между молекулами затрудняет их взаимное перемещение, что и обуславливает высокую вязкость (например, у глицерина) и поверхностное натяжение (у воды). Наконец, самая известная аномалия, связанная с водородными связями, — это плотность воды. В твёрдом состоянии (в виде льда) молекулы воды образуют упорядоченную кристаллическую решётку, в которой расстояние между молекулами больше, чем в жидкой воде. Из-за этой «рыхлой» структуры плотность льда оказывается меньше плотности жидкой воды, поэтому лёд плавает.

Ответ: Примерами веществ, между молекулами которых существуют водородные связи, являются вода ($ H_2O $), аммиак ($ NH_3 $), спирты, карбоновые кислоты, а также белки и ДНК. Наличие водородных связей обуславливает их аномально высокие температуры кипения и плавления, хорошую растворимость в полярных растворителях (как вода), повышенную вязкость, высокое поверхностное натяжение и, в случае воды, меньшую плотность в твердом состоянии (лёд) по сравнению с жидким.