4. Водородная связь.

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Атом водорода, соединенный с атомом сильно электроотрицательного

элемента, способен к образованию еще одной химической

связи. Эта связь называется водородной. Наличие водородных

связей приводит к заметной полимеризации воды, фтороводорода,

многих органических соединений. Например, при невысоких температурах

фтороводород — полимер (HF)n, где п может доходить

до шести, муравьиная кислота — димер даже в газовой фазе.

Энергия водородных связей обычно лежит в пределах 8 —

40 кДж/моль. Наличие водородных связей является причиной

аномально высоких температур кипения и плавления некоторых

веществ, так как на разрыв водородных связей требуется дополнительная

затрата энергии.

Пример 1. Сероводород при обычной температуре — газ, а вода — жидкость.

Чем можно объяснить это различие в свойствах?

Р е ш е н и е . Кислород более электроотрицательный элемент, чем сера. Поэтому

между молекулами воды возникают более прочные водородные связи, чем

между молекулами сероводорода*. Разрыв этих связей, необходимый для перехода

воды в газообразное состояние, требует значительной затраты энергии, что

и приводит к аномальному повышению температуры кипения воды.

Силы, удерживающие частицы жидкости или твердого тела друг

около,друга, имеют электрическую природу. Однако в зависимости

от того, что представляют собой частицы — являются ли они

атомами металлического или неметаллического элемента, ионами

или молекулами, — это силы существенно различаются.

В веществах с молекулярной структурой проявляется межмолекулярное

взаимодействие. Силы межмолекулярного взаимодействия,

называемые также силами Ван-дер-Ваалъса, слабее сил, приводящих

к образованию ковалентной связи, но проявляются они

на больших расстояниях. В их основе лежит электростатическое

взаимодействие молекулярных диполей.

Различают три вида межмолекулярного взаимодействия: ориен-

тационное, индукционное и дисперсионное.

Пример 2. Ниже приведены температуры кипения (в К) благородных газов:

Не • Ne Ar Kr Хе Rn

4,3 27,2 87,3 119,9 165,0 211,2

Чем. объясняется повышение температуры кипения с возрастанием порядкового

номера благородного газа?

Р е ш е н и е . С ростом порядкового номера благородных газов увеличиваются

размеры их атомов при сохранении аналогичной структуры внешнего электронного

слоя атома. Поэтому поляризуемость атомов возрастает, вследствие чего

возрастают и силы дисперсионного взаимодействия между ними; отрыв атомов

друг от друга, происходящий при переходе вещества из жидкого в газообразное

состояние, требует все большей затраты энергии. Это и приводит к повышению

температуры кипения..

З а д а чи

279. Какова природа сил Ван-дер-Ваальса? Какой вид взаимодействия

между частицами приводит к переходу в конденсированное

состояние Не, N2, HI, Cl2, BF3, H20?

280. Температуры кипения BF3, ВС1з, ВВгз и В1з соответственно

равны 172, 286, 364, 483 К. Объяснить наблюдаемую закономерность.

281. Температуры кипения NF3, PF3 и AsF3 соответственно

равны 144, 178, 336 К. Объяснить наблюдаемую закономерность.

* Энергия водородных связей между молекулами Н2 S очень мала — она меньше

средней энергии теплового движения молекул при обычных температурах. Поэтому

на свойствах сероводорода образование водородных связей практически не

сказывается.

282. Ниже приведены температуры кипения Ткип, теплоты испарения

ДЛцсп и дипольные моменты fi в некоторых рядах сходных

•соединений:

ТКИП,К ДЯисп,кДж/моль ц, D

HF 292,7 32,6 1,91

НС1 188,1 16,2 1,03

НВг 206,4 17,6 0,79

HI 237,8 19,8 0,42

Н2 0 373,0 40,7 1,84

Н2 S 212,8 ' 18,7 0,93

H2Se 231,7 19,9 0,24

Н2Те 271 23,4

NH3 239,7 23,3 1,48

РН3 185,7 14,7 0,55

AsH3 210,7 16,7 0,03

SbH3 255 21,1

Объяснить, почему в каждом ряду соединений при монотонном

изменении полярности молекул Гкип и АНИСП изменяются немонотонно.