Температура кипения h2o: температуры кипения в ряду H2O-H2S-H2Te-H2Se

Температура кипения h2o: температуры кипения в ряду H2O-H2S-H2Te-H2Se

Содержание

Аномалии физических и химических свойств воды

разное

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева кислород образует отдель­ную подгруппу. Она так и называется: под­группа кислорода.

Входящие в нее кислород, сера, селен и тел­лур имеют много общего в физических и хи­мических свойствах. Общность свойств про­слеживается, как правило, и для однотипных соединений, образованных членами подгруп­пы. Однако для воды характерно отклонение от правил.

Из самых легких соединений подгруппы кислорода (а ими являются гидриды) вода — легчайшее. Физические характеристики гид­ридов, как и других типов химических соеди­нений, определяются положением в таблице элементов соответствующей подгруппы. Так, чем легче элемент подгруппы, тем выше летучесть его гидрида. Поэтому в подгруппе кислорода самой высокой должна быть лету­честь воды — гидрида кислорода.

Это же свойство очень явственно проявля­ется и в способности воды «прилипать» ко многим предметам, то есть смачивать их. При изучении этого явления установили, что все вещества, которые легко смачиваются во­дой (глина, песок, стекло, бумага и др.), не-

Точка

Замерзания

-61°

-42°

_

82°

—» УВ4°

Точка кипения

h3O h3S h3Se h3Te

Молекулярная масса, у. е.

Рис. 1.7. Температуры кипения и замерзания соединений водорода

Пременно имеют в своем составе атомы кис­лорода. Для объяснения природы смачива­ния этот факт оказался ключевым: энергети­чески неуравновешенные молекулы поверх­ностного слоя воды получают возможность образовывать дополнительные водородные связи с «посторонними» атомами кислорода.

Благодаря поверхностному натяжению и способности к смачиванию, вода может под­ниматься в узких вертикальных каналах на высоту большую чем та, которая допускается силой тяжести, то есть вода обладает свойст­вом капиллярности.

Капиллярность играет важную роль во многих природных процессах, происходя­щих на Земле. Благодаря этому вода смачива­ет толщу почвы, лежащую значительно выше зеркала грунтовых вод и доставляет корням растений растворы питательных веществ. Ка­пиллярностью обусловлено движение крови и тканевых жидкостей в живых организмах.

Самыми высокими оказываются у воды как раз те характеристики, которые должны были бы быть самыми низкими: температу­ры кипения и замерзания, теплоты парообра­зования и плавления.

Температуры кипения и замерзания гидри­дов элементов кислородной подгруппы гра­фически представлены на рис. 1.7. У самого тяжелого из гидридов h3Te они отрицатель­ны: выше 0°С это соединение газообразно. По мере перехода к гидридам более легким (h3Se, h3S) температуры кипения и замерза­ния все более снижаются. Сохранись и далее эта закономерность, можно было бы ожи­дать, что вода должна кипеть при -70°С и за­мерзать при -90°C. В таком случае в земных условиях она никогда не могла бы существо­вать ни в твердом, ни в жидком состояниях. Единственно возможным было бы газообраз­ное (парообразное) состояние. Но на графи­ке зависимости температуры неожиданно ре­зкий подъем — температура кипения воды +100°С, замерзания — 0°C. Это наглядное пре­имущество ассоциативности — широкий тем­пературный интервал существования, возмо­жность осуществить все фазовые состояния в условиях нашей планеты. Ассоциативность воды сказывается и на очень высокой удель­ной теплоте ее парообразования. Чтобы испа­рить воду, уже нагретую до 100°С, требуется вшестеро больше количества теплоты, чем для нагрева этой же массы воды на 80°С (от 20 до 100°С).

Каждую минуту миллион тонн воды гидро­сферы испаряется от солнечного нагрева. В результате в атмосферу постоянно поступает колоссальное количество теплоты, эквива­лентное тому, которое бы вырабатывали 40 тысяч электростанций мощностью 1 млрд. киловатт каждая.

При плавлении льда немало энергии ухо­дит на преодоление ассоциативных связей ле­дяных кристаллов, хотя и вшестеро меньше, чем при испарении воды. Молекулы Н20 фак­тически остаются в той же среде, меняется лишь фазовое состояние воды.

Удельная теплота плавления льда более вы­сокая, чем у многих веществ, она эквивалент­на расходу количества теплоты при нагреве 1 г воды на 80°С (от 20 до 100°С).

При замерзании воды соответствующее ко­личество теплоты поступает в окружающую среду, при таянии льда — поглощается. Поэто­му ледяные массы, в отличие от масс парооб­разной воды, являются своего рода поглотите­лями тепла в среде с плюсовой температурой.

Аномально высокие значения удельной те­плоты парообразования воды и удельной теп­лоты плавления льда используются челове­ком в производственной деятельности. Зна­ние природных особенностей этих физичес­ких характеристик иногда подсказывает сме­
лые и эффективные технические решения. Так, воду широко применяют в производстве как удобный и доступный охладитель в са­мых разнообразных технологических процес­сах. После использования воду можно возвра­тить в природный водоем и заменить свежей порцией, а можно снова направить на произ­водство, предварительно охладив в специаль­ных устройствах — градирнях.

На многих металлургических производст­вах Донбасса в качестве охладителя использу­ют не холодную воду, а кипяток. Охлаждение идет за счет использования теплоты парооб­разования — эффективность процесса повы­шается в несколько раз, к тому же отпадает надобность в сооружении громоздких гради­рен. Конечно, кипяток-охладитель использу­ют там, где нужно охладить объекты, нагре­тые выше 100°C. А вот пример совсем из дру­гой области человеческой деятельности — сельского хозяйства, садоводства. Когда позд­ней весной внезапные ночные заморозки уг­рожают цветущим плодовым деревьям, опыт­ные садоводы находят выход, кажущийся со­вершенно неожиданным: они проводят дож­девание сада. Пелена мельчайших водных брызг окутывает замерзающие деревья. Ка­пельки воды покрывают лепестки цветов. Превращаясь в лед, вода надевает на цветы ле­дяную шубу, отдавая при этом им свое тепло (335 Дж от 1 г замерзающей воды).

Широкое применение воды в качестве ох­ладителя объясняется не только и не столько ее доступностью и дешевизной. Настоящую причину нужно тоже искать в ее физических особенностях. Оказывается, вода обладает еще одной замечательной способностью — высокой теплоемкостью. Поглощая огром­ное количество теплоты, сама вода сущест­венно не нагревается. Удельная теплоем­кость воды в пять раз выше, чем у песка, и почти в десять раз выше, чем у железа.

Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглажи­вать резкие температурные колебания на зем­ной поверхности в различные времена года и в разное время суток. Благодаря этому вода является основным регулятором теплового режима нашей планеты.

Интересно, что теплоемкость воды ано­мальна не только по своему значению. Удель­ная теплоемкость разная при различных тем­пературах, причем характер температурного изменения удельной теплоемкости своеобра­зен: она снижается по мере увеличения темпе­ратуры в интервале от 0 до 37°С, а при даль­нейшем увеличении температуры — возраста­ет. Минимальное значение удельной тепло­емкости воды обнаружено при температуре 36,79°С, а ведь это нормальная температура человеческого тела! Нормальная температу­ра почти всех теплокровных живых организ­мов также находится вблизи этой точки.

Оказалось, что при этой температуре осу­ществляются и микрофазовые превращения в системе «жидкость — кристалл», то есть «во­да — лед». Установлено, что при изменении температуры от 0 до 100°С вода последова­тельно проходит пять таких превращений. Назвали их микрофазовыми, так как протя­женность кристаллов микроскопична, не бо­лее 0,2…0,3 нм. Температурные границы пе­реходов — 0, 15, 30, 45, 60 и 100°С.

Температурная область жизни теплокров­ных животных находится в границах третьей фазы (30…45°С). Другие виды организмов приспособились к иным температурным ин­тервалам. Например, рыбы, насекомые, поч­венные бактерии размножаются при темпера­турах, близких к середине второй фазы (23…25°С), эффективная температура весен­него пробуждения семян приходится на сере­дину первой фазы (5…10°С).

Характерно, что явление прохождения удельной теплоемкости воды через минимум при температурном изменении обладает свое­образной симметрией: при отрицательных температурах также обнаружен минимум этой характеристики. Он приходится на — 20°С.

Если вода ниже 0°С сохраняет не замерз­шее состояние, например, будучи мелкодис­персной, то около -20°С резко увеличивается ее теплоемкость. Это установили американ­ские ученые, исследуя свойство водных эмульсий, образованных капельками воды диаметром около 5 микрон.

Углубленное изучение физического смыс­ла и направлений практического примене­ния данного явления еще ждут своих исследо­вателей. Но уже и теперь ясно, что эти откры­тия представляют очень интересный и цен­ный познавательный материал.

13

4 обращения в день по рекламе в метро – много это или мало? Расчет количества контактов с рекламой и конверсии при трафике 41,3 тысяч человек в сутки.

привет ты на канале о бизнесе сегодня 00:02 поговорим о пяти бизнес идеях которые 00:05 будут актуальны в 2021 году и на что 00:09 следует обратить внимание чтобы начать 00:11 …

Рождение малыша знаменует становление нового, уникального, постоянно растущего и преобразующегося мира — личности человека. Этот мир взрослые творят, общаясь и играя с ребенком, ведь природа подарила великолепный, потрясающе результативный и …

Температура плавления и кипения воды. Плавление тел

Похожие главы из других работ:

Водородная связь. Определение, энергия, типы водородной связи. Водородная связь и сорбционные процессы. Роль водородной связи в процессах жизнедеятельности

3.1.2 Температура плавления и кипения

За счёт водородной связи молекулы объединяются друг с другом и образуют целые группы молекул. Это затрудняет испарение воды, а, следовательно, повышает температуру плавления и кипения.

Соседи воды, водородные соединения серы, селена…

Изучение тепловых явлений в школьном курсе физики

8. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ И ОТВЕРДЕВАНИЯ

Определение удельной теплоты плавления вводят после анализа графика плавления нафталина, позволяющего установить наличие теплообмена между нагревателем и телом без повышения его температуры и, следовательно…

Исследование физических свойств воды

Опыт 1. Зависимость температуры кипения воды от концентрации растворённой в ней соли

Опыт проводился в один день на протяжении 1-1,5 часа. Так что все измерения фиксировались при постоянном атмосферном давлении. Фиксировалась температура воды на момент закипания. Глубина воды в кастрюле тоже была постоянной…

Исследование физических свойств воды

Опыт 2. Зависимость температура кипения от атмосферного давления

В данном эксперименте мы хотели проверить справедливость утверждения о том, что температура кипения зависит от давления на поверхность воды. Так как в наших опытах сосуд с водой кастрюля был открытым…

Исследование физических свойств воды

Опыт 3. Зависимость температуры кипения от высоты столба жидкости в сосуде

В данном опыте при прочих равных условиях мы кипятили воду, когда в кастрюле было 5, 10, 15, 20, 25, 30 см воды. Данные эксперимента приведены в таблице 4.

Теоретические объяснения опытов исследования кипения воды…

Исследование физических свойств воды

Опыт 4. Зависимость температуры кипения от продолжительности кипения

В этом опыте мы проверили гипотезу о постоянстве температуры кипения. К удивлению экспериментально было обнаружено, что с течением времени температура кипящей воды увеличивается.

Данные опыта приведены в таблице 5…

Плавление тел

Удельная теплота плавления

Удемльная теплотам плавлемния (также: энтальпия плавления; также существует равнозначное понятие удемльная теплотам кристаллизамции) — количество теплоты…

Проект теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

5.1.4 Температура сетевой воды в узле смешения перед основными сетевыми подогревателями.

,

где Gобр — расход сетевой воды в обратном трубопроводе тепловой сети, кг/с….

Расчет водоподготовительной установки КЭС

7.2 Нормы качества подпиточной воды теплосетей и сетевой воды

Наиболее экономичной и эффективной является прямоточная система технического водоснабжения. Забор воды из реки производят из створа, расположенного выше по течению, чем сброс воды. Такая система разрешена в том случае…

Расчет основных параметров выпарной установки для концентрирования водного раствора

3. Определение температур кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен, МПа:

(7)

где — давление греющего пара в первом корпусе, МПа;

— давление греющего пара в барометрическом конденсаторе, МПа…

Самарская ГРЭС

Температура питательной воды

Теплогидравлический расчёт реактора ВВЭР-440

Температура теплоносителя:

Коэффициент теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

На средненагруженный твэл:

На максимальный нагруженный твэл

Число…

Теплогидравлический расчёт ядерного реактора мощностью 3070 МВт

5. Определение координат и паросодержания зоны поверхностного кипения

Определение критерия Рейнольдса

где

— средняя тепловая нагрузка в расчёте на единицу поверхности ТВЭла, — плотность воды при давлении насыщения, — плотность пара при давлении насыщения…

Физика низких температур

Термодинамическая температура

Классическая термодинамика подразумевает скрытое движение частиц, выражаемое температурой. Это положение является в термодинамике столь важным, что его иногда называют нулевым началом термодинамики…

Экспериментальная установка для определения точки Кюри магнитных материалов в широком диапазоне температур

1.3 Температура Кюри

температура кюри магнитный поле

Температура Кюри, — температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной — в ферромагнетиках, электрической — всегнетоэлектриках…

Почему фторид водорода имеет температуру кипения, намного меньшую температуры кипения воды?

Я думаю, что существует множество качественных способов взглянуть на это:

  1. Возможно, наиболее очевидным является то, что $ \ ce {h3O} $ может образовывать большее число водородных связей из-за наличия равного количества акцепторов водородной связи и , Каждый из атомов водорода может быть акцепторами водородной связи; каждая из одиночных пар на кислороде может быть донорами. В $ \ ce {HF} $, однако существует только один акцептор водородной связи и теоретически три донора водородной связи. Это несбалансированное соотношение неизбежно оставляет некоторые акцепторы без донора. Представьте себе это как две танцевальные вечеринки; у одной стороны есть двое мужчин и две женщины, а в другой — один мужчина и три женщины. Очевидно, что в последнем случае может быть успешно сформировано меньше связей, предполагая, что все моногамно.
  2. Как упоминается другим плакатом, оба O и F являются очень электроотрицательными элементами. F, однако, больше EN, чем O, что означает, что F стабилизирует электроны лучше, чем O. В результате электроны, локализованные на F, являются более слабыми донорами водородной связи; они уже довольно хорошо стабилизированы. Помните, что электроны «хотят» стабилизироваться ядрами. Если они уже довольно хорошо стабилизируются, они будут «чувствовать» меньше необходимости связываться (и, следовательно, стабилизироваться) с (другими) ядрами. Это говорит о том, что водородная связь, присутствующая среди молекул $ \ ce {HF} $ , может быть слабее, чем водородные связи, присутствующие среди молекул $ \ ce {h3O} $.

Экспериментальные результаты — это золотой стандарт, конечно, в отличие от качественных рассуждений, и качественные рассуждения здесь также могут привести нас в обратном направлении; можно утверждать, что, имея три одиночные пары, F имеет много на своей пластине, так сказать; он мог бы стабильно стабилизировать одну одинокую пару электронов, но три одинокие пары являются более крупными испытаниями и, возможно, достаточно большими, чтобы водородные связи между молекулами $ \ ce {HF} $ были сильнее, чем молекулы воды. Опять же, это все качественный , но это своего рода разумное стремление учителей химии.

If we limit our thinking to just electrostatics then we might surmise that $\ce{HF}$ should have the stronger hydrogen bonds because F is more electron withdrawing and therefore hydrogen should be more positively polarized in $\ce{HF}$ as opposed to hydrogen in water. However, hydrogen bonding is more than just electrostatics. Hydrogen bonding actually has a covalent component; this, however is usually ignored by introductory treatments of chemistry. The bond angle of elements involved in a hydrogen bond is critical. The closer the elements involved in a hydrogen bond are to 180 degrees, the stronger the bond (this specific angle is the case with hydrogen bonding in water; not necessarily other molecules). If hydrogen bonding were purely electrostatic then this would not be the case; angles would not matter — only distance would.

Необходимо также изучить другие вопросы, такие как количество жизнеспособных водородных связей и тенденции, связанные с электронным донорством/освобождением вовлеченных элементов.

После очистки сети некоторые общие «объяснения», которые не будут объяснять, почему вода имеет более высокую температуру кипения, чем $ \ ce {HF} $, будет:

  1.   

    вода может образовывать 4 на молекулу, тогда как HF может образовывать только 2.

Неправильно, потому что, если мы будем рассматривать только водородную связь, связанную с полярностью атомов, то как вода может образовывать четыре водородные связи на молекулу? Он имеет два положительно заряженных атома водорода и отрицательно заряженный кислород. Похоже, он должен образовывать только три водородные связи. Нужно понимать, что одинокие пары могут быть донорами доноров .

Объясните закономерности изменения температуры кипения ( при н.у.) в ряду следующих

Помогите пожалуйста ​

ребята помогите пожалуйста с химией не как не могу решить​

Сколько граммов брома необходимо для получения 100 граммов тетрабромбутана? Дайте нормальный ответ с объяснением пожалуйста!!!!!​

По каким свойствам отличаются изотопы?​

Легкие баллы!!!
Нужно лишь название вещества!!!

Объясните, почему метан — это газ ( при комнатной температуре ) , основываясь на электронном строении молекул.

Сколько граммов брома необходимо для получения 100 граммов тетрабромбутана? Ответьте на фото и прикрепите пжжжжжжж.​

ребята помогите пожалуйста с химией не как не могу решить​

Проанализируйте данную статью и составьте рекомендации, как понизить поступление алюминия в организм человека в быту. (используйте предложенный план)«

Более 30 лет назад определили, что так называемый пищевой алюминий опасен для нашего здоровья. Московский институт гигиены подтвердил выводы о небезопасности алюминия. Он изменяет энергообмен в клетках. Последние, в результате, теряют способность к нормальному размножению, и начинают делиться хаотично, порождая опухоли.Алюминий обладает способностью к накоплению в организме, вызывая ряд тяжёлых заболеваний. Избыток солей алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфора, одновременно в 10-20 раз увеличивается содержание алюминия в костях, печени, мозге и в паращитовидной железе. Физическими признаками отравления алюминием могут быть ломкие кости или остеопороз, нарушение почечной функции. Особенно склонны к негативному воздействию избытка алюминия дети и пожилые люди. У подростков даже небольшое повышение количества ионов алюминия в организме вызывает повышенную возбудимость, агрессивность, нарушения памяти и трудности в учёбе. В некоторых исследованиях алюминий связывают с поражениями мозга, характерными для болезни Альцгеймера (в волосах больных наблюдается повышенное содержание алюминия). Одним из путей попадания ионов алюминия в организм человека является алюминиевая посуда. То есть, очевидно, что алюминий попадет в организм через пищу, приготовленную в такой посуде. Специалисты советуют ее использовать только для кипячения воды. При хранении или тепловой обработке продуктов, особенно кислых, в алюминиевой таре, содержание этого элемента в продуктах может возрасти почти в два раза. Особенно много алюминия в красителях и пищевых добавках, без которых не обходятся колбасы, консервы и другие продукты. Если имеются обозначения Е520, 521, 522, 523 – это сульфаты алюминия. Количество алюминия в напитках, сгущенке и рыбных консервах в алюминиевых банках зашкаливает (особенно после длительного хранения).Вода из-под крана, прежде чем попасть в наш дом, проходит техническую очистку от примесей с помощью сульфата алюминия Al2(SO4)3. Примеси коагулируются, а алюминий остается.Как выяснилось, ежедневный прием 0,1 миллиграмма алюминия в 2,26 раза увеличивает риск возникновения болезни Альцгеймера (провалы в памяти и маразм при повышенной концентрации алюминия в мозге). В современных дезодорантах – антиперспирантах содержится до 25% хлоргидратов и хлоридов алюминия AlCl3. Соединения алюминия также используются в губной помаде. Антиперспиранты блокируют работу потовых желез и увеличивают риск возникновения рака молочной железы»

Сколько теплоты выделится при сгорании 40 грамм магния, если тепловой эффект реакции горения магния 1203,6 кДж

Водородная связь температуры кипения — Справочник химика 21





    Водородная связь объясняет аномально высокие температуры кипения и плавления ряда веществ, аномальную диэлектрическую проницаемость и не соответствующую строению молекул растворимость. Различают два вида водородной связи межмолекулярную и внутримолекулярную. В первом случае атом водорода связывает два атома, принадлежащих разным молекулам (например, растворителям и масляному сырью), во втором случае оба атома принадлежат одной и той же молекуле. Образование водородной связи наиболее вероятно при пониженных температурах с повышением температуры водородные связи ослабляются или рвутся вследствие усиления теплового движения молекул. [c.217]









    Какое влияние оказывают водородные связи на температуры кипения жидкостей  [c.641]

    В то же время соединения серы проявляют незначительные признаки образования водородных связей температуры кипения изомерных тиолов и тиоэфиров мало отличаются друг от друга (табл. 9.5). [c.176]

    Электронная структура н пространственное строение молекулы аммиака рассмотрены в 43. В жидком аммиаке молекулы NHj ((i=l,48D) связаны между собой водородными связями, что обусловливает сравнительно высокую температуру кипения аммиака (—33,4°С), не соответствующую его малой молекулярной массе (17 а. е. м.). [c.399]

    Температура кипения тем выше, чем больше молекулярный вес растворителя. При наличии межмолекулярных водородный связей температура кипения еще более повышается. Температуры кипения некоторых наиболее часто используемых растворителей приведены в табл. 20.3. [c.524]

    Фтористый водород в жидком и газообразном состояниях значительно ассоциирован вследствие-образования сильных водородных связей ( Nf. разд. 2,8). Энергия водородных связей в HF составляет 42 кДж/моль, средняя степень полимеризации в газовой фазе при температуре кипения 4. В кристаллическом состоянии НР имеет цепеобразную структуру  [c.470]

    Первичные и вторичные амины образуют межмолекулярные водородные связи, третичные амины к ассоциации неспособны. Соответственно этому температуры кипения вторичных аминов выше, чем температуры кипения первичных (рост молекулярного веса), но третичные амины кипят ниже вторичных. У фосфинов, не дающих водородных связей, температуры кипения неизменно растут от первичных фосфинов к вторичным и третичным  [c.60]

    Фи ические Некоторые физические свойства воды уже рассмат-сг ()й( Т[1а воды ривались ранее угол между связями в Н2О (разд. 5.2.5), водородная связь, температуры плавления и кипения, лед и растворение органических веществ (разд. 4.5.3). [c.380]

    Аммиак ЫНз — бесцветный газ с резким запахом с температурой кипения -33,35°С и температурой плавления -77,75°С. Аномально высокие температуры кипения и плавления аммиака объясняются ассоциацией его молекул вследствие высокой полярности их и образования водородных связей. Критическая температура аммиака равна 132,4°С. Аммиак хорошо растворим в воде (750 литров в литре), ограниченно растворим в органических растворителях. [c.187]










    Необычные свойства воды, которые были описаны в разд. 9.4, объясняются чрезвычайно сильным взаимным притяжением ее молекул. Это мощное взаимодействие присуще структурам с так называемой водородной связью. Температуры плавления и кипения гидридов некоторых неметаллов приведены на рис. 9.5. В рядах родственных соединений наблюдается их изменение в нормальной последовательности. Кривые, проведенные через точки для НгТе, НгЗе и Нг5, имеют направления, которые и следовало ожидать, однако при их экстраполяции получаются значения для температур плавления льда и кипения воды, приблизительно равные —100 и —80°С. Наблюдаемое же значение температуры плавления льда на 100 °С выше, а температура кипения воды на 180 °С выше, чем можно было бы ожидать, если вода была бы нормальным веществом аналогичные, но несколько меньшие отклонения показывают фтористый водород и аммиак. [c.249]

    Молекула Н3Р, как и h4N, имеет форму тригональной пирамиды, (dpN = 0,142 нм, НРН = 93,5°). Ее электрический момент диполя значительно меньше (0,18 10 Кл-м), чем у молекулы h4N. Водородная связь между молекулами НдР практически не проявляется, поэтому фосфин характеризуется более низкими температурами плавления (—133,8 С) и кипения (—87,42°С), чем аммиак. Фосфин — чрезвычайно ядовитый газ с неприятным запахом. [c.368]

    Межмолекулярные водородные связи могут образовываться между молекулами одного и того же вещества и разных веществ, а также между молекулами ПАВ и растворителя [217]. В результате такого взаимодействия изменяются важнейшие физико-химические свойства исходных соединений увеличивается молекулярная масса в зависимости от разбавления и типа разбавителя, образуются ассоциаты с аномалией температур плавления и кипения, может измениться растворимость ПАВ. [c.204]

    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 связен требуется дополнительная затрата энергии. [c.71]

    Р с ш с н II е. Кислород более электроотрицательный элемент, чем сера. Поэтому между молекулами воды возникают более прочные водородные связи, чем между молекулами сероводорода , Разрыв этих связен, необходимый для перехода воды в газообразное состояние, требует значительной затраты энергии, что и приводит к аномальному повышению температуры кипения воды. [c.71]

    Многие наиболее важные свойства воды обусловлены водородными связями. Наличие водородных связей во льду и в жидкой воде определяет неожиданно высокие температуры плавления и кипения воды по сравнению с другими водородными соединениями элементов группы VI периодической системы-НгЗ, НзЗе и НзТе. Аналогичные аномалии, вызванные теми же причинами, обнаруживают жидкий аммиак и фтористый водород (рис. 14-19). Однако в аммиаке водородная связь выражена менее сильно, [c.619]

    Водородные связи между молекулами воды объясняют аномалию в температурах кипения гидридов. Так, у гидридов элементов 6-й группы от НоТе к НгЗ температура кипения понижается, и только у НзО она резко повышена благодаря ассоциации ее молекул через Н-связи. Аналогичную аномалию проявляет МНд в пятой и НР в седьмой группе элементов. [c.139]

    Водородная связь объясняет аномально высокие температуры кипения и плавления ряда веществ, аномальную диэлектрическую проницаемость и не соответствующую строению молекул растворимость. Так, способность спиртов, аминов, карбоновых кислот растворяться в значительной степени обусловлена наличием водородной связи. Эта же связь приводит к ассоциации молекул. На , пример, при ассоциации молекул спирта образуются димеры, три-меры и т. д.  [c.45]

    Наиболее удобным индикатором водородной связи является температура кипения, так как ее легко измерить. Так, температуры кипения спиртов КОН больше, чем соответствующих меркаптанов К8Н.. Простые эфиры даже с большой молекулярной массой более летучи, [c.132]

    В рядах сходных соединений температуры кипения и теплоты парообразования обычно увеличиваются с ростом молекулярной массы. Однако при переходе от HF к H I и от Н2О к h3S температура кипения и теплота парообразования, наоборот, значительно уменьшаются (рис. 1.69). Это объясняется тем, что между молекулами HF и между молекулами Н2О образуются сильные водородные связи. [c.133]

    В неорганической химии водородные связи уже давно известны они обусловливают, в частности, аномально высокие температуры кипения воды и фтористого водорода, благодаря им боран существует в виде димера даже при высокой температуре. [c.642]

    Однако анализ температур кипения водородных соединений элементов IV—VI групп указывает на аномальное поведение аммиака ЫНз, воды Н2О и фтороводорода НР(в) по сравнению с водородными аналогами азота, кислорода и фтора соответственно, что обусловлено действием более эффективных межмолекулярных сил, которые носят название водородной связи. Единственный электрон атома водорода обусловливает возможность образования им только одной ковалентной связи. Однако если эта связь сильно полярна, например в соединениях водорода с наиболее электроотрицательными элементами (Г, О, Ы), то атом водорода приобретает некоторый положительный заряд. Это позволяет электронам другого атома приблизиться [c.38]










    Вещества, молекулы которых соединены водородными связями, отличаются по своим свойствам от веществ, аналогичных им по строению молекул, но не образующих водородные связи. Температуры плавления и кипения соединений с водородом элементов подгруппы IVA, в которых нет водородных связей, плавно понижаются с уменьшением номера периода (рис. 14.2). У соединений с водородом элементов подгрупп VA—VIIA наблюдается нарушение этой зависимости. Три вещества, молеку- [c.250]

    При образовании водородной связи изменяются межъядерные расстояния в молекуле, связь К-Н удлиняется, изменяется электронная структура молекул. Наличие водородных связей сказывается на ряде физических свойств систем, их спектральных и диэлектрических характеристиках. Жидкости и кристаллы, в которых имеет место образование ассоциатов и сольватов, характеризуются повышенными температурами кипения и плавления. [c.97]

    Специфические силы взаимодействия играют существенную роль при хроматографическом разделении смеси веществ, обладающих различным строением, но близкими температурами кипения. К ним относится водородная связь, возникающая между атомом водорода и такими атомами, как О, С1, Р, N. В образовании водородной связи наряду с электростатическими взаимодействиями существенную роль играет электронное взаимодействие. Специфическими силами может быть также обусловлено комплексообразование. [c.171]

    Энергия водородных связей. Водородную связь обычно изображают О—Н…0, где сплошная линия соответствует обычной связи О—Н в исходном соединении (например, в воде Н—О—Н или метиловом спирте СНд—О—Н). Точечная линия показывает другую связь, образованную водородом. Эта связь называется водородной связью. Эту связь часто обозначают точками, чтобы подчеркнуть, что она гораздо слабее обычной ковалентной связи. Температуры кипения, приведенные на рис. 17-14, показывают, что водородная связь должна быть гораздо более прочной, чем обычные вандерваальсовы силы. Из экспериментов известно, что в большинстве случаев при образовании водородных связей выделяется энергия в количестве от 3 до 10 кшлЫоль.  [c.471]

    I В ряду Н1—НВг—НС1 температуры кипепия и плавления изменяются весьма закономерно (табл. 24), тогда как при переходе к НР оии резко возрастают Как уже говорилось в 47, это обусловлено ассоциацией молекул фтороводорода в результате возиик-иовения между ними водородных связей. Как показывает определение плотности пара, вблизи температуры кипения газообразный (Ьтороводород состоит из агрегатов, имеющих средний состав (НР) . При дальнейшем нагревании эти агрегаты постепенно распадаются, причем лишь около 90 °С газообразный НР состоит из простых молекул. [c.361]

    Большинство известных органосилилгидразинов являются бесцветными подвижными жидкостями, перегоняющимися в вакууме и стойкими к нагреванию. Силилирование увеличивает температуры кипения, как правило, очень незначительно, так как имеет место балансирование между увеличением массы молекулы и снижением тенденции к образованию водородных связей. Температура плавления триалкнлсилилгидразинов лежит ниже —100 С. Трифенилсил ил гидразин является твердым при комнатной температуре. [c.252]

    Полярность связи N — Н обусловливает между молекулами ИдЫ водородную связь. Поэтому температуры плавления (—77,75 С) и кипения (—33,42°С) аммиака довольно высоки, он характеризуется значительной энтальпией испарения и легко сжижается. На этом основано его применение в холодильных маитинах. Жидкий аммиак хранят в стальных баллонах. [c.347]

    Водородная связь. Еще в XIX веке было замечено, что соединения, в которых атом водорода непосредственно связан с атомами фтора, кислорода и азота, обладают рядом аномальных свойств. Это проявляется, например, в значениях температур плавления и кипения подобных соединений. Обычно в ряду однотипных соединений элементов данной подгруппы температуры плавления и кипения с увеличением атомной массы элемента возрастают, Это объясняется усилением взанмиога притяжения молекул, чтб связано с увеличением размеров атомов и с ростом дисперсионного взаимодействия между ними (см. 48). Так, в ряду H I—НВг—HI температуры плавления равны, соответственно, [c.154]

    Энергия подородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи (150—400 кДж/моль). Она равна примерно 8 кДж/моль у соединений азота и достигает около 40 кДнмоль у соединений фтора. Однако этой энергии достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул, т. е. их объединение в димеры (удвоергные молекулы) или полимеры, которые в ряде случаев существуют не только в жидком состоянии вещества, но сохраняются и при переходе его в пар. Именно ассоциация молекул, затрудняющая отрыв нх друг от друга, и служит причиной аномально высоких температур плавления н кипения таких веществ как фтороводород, вода, аммиак. Другие особенности этих веществ, обусловленные образованием водородных связей и ассоциацией молекул, будут рассмотрены ниже, при нзученни отделыгьгх соединений. [c.156]

    Наличие внутримолекулярной водородной связи и хелатной структуры подтверждается еще и тем, что температура кипения енольной формы ацетоуксусного эфира ниже, чем кетонной. Обычно спирты, молекулы которых образуют межмолеку-лярные водородные связи, имеют температуры кипения несколько выше, чем карбонильные соединения с таким же числом атомов углерода. Например, температура кипения изопропилового спирта на 26 °С выше, чем температура кипения ацетона. [c.237]

    Подобно молекулам воды (см. 70), молекулы иизших спиртов связываются между собой водородными связями. Поэтому они представляют собой ассоциированные жидкости и имеют более высокие температуры кипения, чем углеводороды, производными которых они являются, и чем другие органические вещества с таким же составом и молекулярной массой, но не содержащие гидроксильных групп. Фенолы при обычных условиях находятся, как правило, в кристаллическом состоянии. [c.480]

    Сравним три изоэлектрониые молекулы ННз, Н2О и НР Все они могут образовывать водородные связи, причем связи НР-.-НР прочнее, чем НгО- -НгО. Но только у молекулы Н2О число иеподеленных электронных пар (две) равно числу атомов Н и благодаря этому возможно образование тетраэдрической структуры льда, сохраняющейся в значительной степени в жидкой Н2О. Отсюда в ряду жидких МНз, Н2О, НР вода имеет наибольшее число водородных связей и поэтому самую высокую температуру кипения. Не только ННз и НР, но и никакие другие молекулы не Образуют между собой тетраэдрическую систему водородных свя зей, характерную для воды, [c.439]

    Теплоты плавления, испарения и температуры кипения. На разрушение водородных связей при плавлении и испарении требуется энергия порядка 40 кДж/моль, в то время как на разрушение ван-дер-ваальсоБых связей —энергия около 1—5 кДж/моль. Поэтому жидкости, в которых имеются водородные связи между молекулами (ассоциированные жидкости), обладают сравнительно высокими теп-лотами испарения и плавления (см. табл. 14). По той же причине температуры кипения у ассоциированных жидкостей выше, чем у неассоциированных. Сравним, например, два изомера этанол СзН ОН (Т = 351 К), А,Я = 42,63 кДж/моль и диметиловый эфир СНзОСНз (Т, = 249 К), А,Я = 18,6 кДж/моль.  [c.139]

    Водородная связь. Давно было замечено, что простейшие соединения водорода с легкими сильно электроотрицательными элементами, например фтором или кислородом, отличаются от аналогичных соединений с тяжелыми элементами ненормально высокими температурами кипения и плавления. Это объясняли способностью молекул соответствующих водородных соединений (например, фтороводорода, воды, аммиака) образовывать ассоциаты — димеры, тримеры и более сложные полимеры. Такая ассоциация молекул осунгествляется посредством возникновения так называемой водородной связи. [c.64]

    Электропроводность воды чрезвычайно мала. Кристаллы воды образуют решетку молекулярного типа. Давление пара при различных температурах см. табл. IV.2 Приложения. Сравнительно высокая температура кипения воды объясняется особенностями ее структуры в жидком состоянии, сильным межмолекуляриым взаимодействием, вызванным преимущественно водородными связями. Плотность большинстна растворителей с повышением температуры уменьшается, тогда как плотность воды при повышении темпера-ож0 дд увеличивается, достигает максимальной величины при 4°С (1,000 г/см ) и уменьшается прн дальпеп-и повышении температуры. Значения [c.170]

    Температуры кипения и плотности ддя одинаковых алкильных производных возрастают от фторидов к иодцдам. Бром-, иод-, полихлор-алкилпроизводные и арилгалогениды тяжелее воды (табл. 8.1). Хотя органические галогениды — полярные соедашения, они практически нерастворимы в воде (очевидно, из-за того, что не образуют водородные связи), но растворимы в органических растворителях. [c.187]

    Отличия фенолов от алифатических спиртов и ароматических углеводородов заключаются в том, что первые — кристаллические вещества, тяжелее воды, с высокими температурами кипения Наприл ер, температура кипения фенола (182 °С) на 70 °С вьшхе, чем у толуола (I 0,6 °С), хотя молекулярные массы у них близки. Это происходит вследствие наличия водородных связей (причем фенол может образовьшать не только меж-, но и внутримолекулярные связи, как, наприме(), о-салициловая кислота). При этом, поскольку внутримолекулярные связи образуются взамен межмолекулярных, орто-изомеры фенолов имеют меньшие температуры кипения и хуже растворяются в воде, чем пара- и мет а-изомеры. Орто-крезол кипит при 191 °С, мета- и пара— около 201 °С, орто-хлорфенол кипит при 176 °С, пара-изомф при 220 °С (табл. 9.2). [c.38]

    Температуры кипения эфиров незначительно вьшге, чем у близких по молекулярной массе алканов, несмотря на наличие в молекуле щзо-стых. эфиров элекгроотрицательного кислорода (табл. 10.1). Т о е гь эфиры легколету>[и. а первые два представителя (метиловый и метилэгало-вый) при нормальных условиях — газьг Это обусловлено практической невозможностью образования между молекулами эфира водородных связей. [c.50]

    Мфкагттаны по свойствам довольно существенно отличаются 01 спиртов (табл. 19.1). Температуры юшения тиолов ниже температур кипения соответствующих спиртов, что связано с меньшей электроотрицательностью серьг по сравнению с кислородом, вследстпзие чего тиолы менее склонны образовывать водородные связи. Соответственно тиолы гораздо хуже спиртов растворяются в воде. [c.172]


что это такое, чему равна, от чего зависит, может ли закипеть при нагреве более или менее 100 градусов?

Что это такое?

Температура кипения воды – это граница ее фазового перехода из жидкого состояния в газообразное (пар). Причем в этот момент все тепло поглощается этим пограничным процессом, не позволяя воде продолжать греться. Она не нагревается выше 100С, в отличие от пара.

От чего зависит?

Это параметр зависим от следующих факторов:

  1. Нагрев. Он заставляет молекулы воды двигаться быстрее, постепенно уравнивая давление ее насыщенного пара с атмосферным.

    При достаточном нагревании их значения выравниваются. В этот момент вода начинает кипеть.

  2. Давление окружающей среды – второй по значимости фактор после нагрева. Его сокращение снижает порог закипания.
  3. Чистота воды незначительно, но влияет на ее закипание. Частицы посторонних включений тяжелее водяных, и для их разгона нужно больший разогрев. Поэтому чем сильнее загрязнение воды, тем выше граница ее закипания.

Чему равна в нормальных условиях?

Состояние, при котором давление составляет 760 мм. рт. ст (101,325 кПа) при 0С, принимают нормальным. Чистая вода в таком состоянии закипает при 100С.

Если выразить температуру кипения воды в этих системах, то она будет равна или 100С, или 475,15 оK или 212 оF. Эти величины равнозначны.

Почему h3O закипает именно при 100 градусах?

Нагрев приводит к отделению растворенного воздуха от h3O и образованию микроскопических пузырей. Чем горячее она становится, тем больше вырастает их объем и количество. При этом их пространство заполняется паром, давление которого также растет.

Постепенно пар становится насыщенным. Пузыри укрупняются и, ускоряясь, покидают воду.

Этому процессу свойственны следующие этапы:

  • образование мелких пузырьков и их группировка на дне и стенках емкости;
  • рост количества и объема пузырей, а также скорости их подъема на поверхность, что сопровождается характерным звуком;
  • массовое всплытие и ускорение движения пузырьков вызывает усиление звука бурления и изменение его тональности.

На последней стадии объем паровых пузырей максимален. Давление пара и атмосферы соизмеримы, что и провоцирует фазовый переход и сильное бурление. Если значение давления атмосферы близко к нормальному, то описанный процесс протекает именно при 100С.

Может ли кипеть при нагреве более или менее 100С?

Из вышесказанного следует утвердительный ответ. Достаточно искусственно повысить давление, окружающее воду, или растворить в ней какое-нибудь вещество. Опыт показывает, что температура кипения воды повысится на 1С при добавлении в ее состав 40 граммов пищевой соли.

Напротив, в разряженном воздухе температура закипания снижается (ориентировочно около 0,2С на каждые 5 мм. рт. ст.).

Так на высоте 4000 м. над уровнем моря вода закипит при 80С. На этом уровне разреженность атмосферы составляет 357 мм. рт. ст. или 47,6 кПа.

Заключение

Теперь можно утверждать, что температура кипения воды не является незыблемой константой. Поэтому неудивительно, что на Эвересте она составляет порядка 69 градусов. Напротив, океаническая вода закипает только при 101С по причине своей солености.

Каноническое же значение, равное 100С, подразумевает проведение измерения с кристально чистой h3O и нормальным давлением. Разумеется, соблюсти оба требования на практике принципиально невозможно.

5.2.3 Температуры кипения и кристаллизации разбавленных растворов неэлектролитов

Растворы кипят
при температуре более высокой, чем
чистые растворители.

Следствие
из закона Рауля: повышение температуры
кипения
Ткип
пропорционально моляльной концентрации
раствора С
m.

,

где
Кэ
– эбулиоскопическая постоянная
растворителя.

Для
воды Кэ =
0,52

Растворы
замерзают (из раствора кристаллизуется
растворитель) при температуре более
низкой, чем чистый растворитель.

Из
закона Рауля: понижение температуры
замерзания (кристаллизации) раствора
Тзам
пропорционально
моляльной концентрации раствора С
m.

,

где
Ккр
– криоскопическая постоянная растворителя.

Для
воды Ккр=1,85

Пример
4. Вычислите температуру кипения Ткип
и температуру замерзания Тзам
водного раствора глицерина С3Н8О3
с массовой долей 15%.

Решение.

Кэ=
0,52, Ккр
= 1,86, M(С3Н8О3)
= 92 г/моль.

Вычислим моляльную
концентрацию раствора.

По
условию масса глицерина m=15г.

масса
воды m(Н2О)=100-15=85г=0,085кг.

Согласно следствию
из закона Рауля

Ткип
= Кэ

Сm=
0,52 
1,92 = 1,00

Ткип
= 100 + 1,0 = 101оС

Тзам
= Ккр
Сm
= 1,86 
1,92 = 3,57

Тзам=
0 
3,57= 
3,57оС

Задачи к разделу 5.2:

«Свойства растворов неэлектролитов»

121 Вычислить, сколько граммов глюкозы
С6Н12О6содержится в
200 мл раствора, осмотическое давление
которого при температуре 37оС
составляет 810,4 кПа.

122 Осмотическое давление раствора, в
250 мл которого содержится 2,3 г растворенного
неэлектролита, при температуре 27оС
равно 249 кПа. Вычислите молярную массу
растворенного вещества.

123 Определите, какова масса растворенного
в 1,5 л раствора анилина С6Н5NH2,
если осмотическое давление такого
раствора при температуре 17оС
равно 193 кПа.

124 Найдите молярную массу неэлектролита,
если при растворении 28 г вещества при
температуре 27оС осмотическое
давление составило 700 кПа.

125 Осмотическое давление некоторого
раствора при температуре 3оС составляет 2735 кПа. При какой
температуре осмотическое давление
достигнет 3040 кПа?

126 При температуре 315К давление насыщенного
пара над водой равно 82 кПа.
Насколько понизится давление насыщенного
водяного пара при указанной температуре,
если в 540 г воды растворить 36 г глюкозы
С6Н12О6? Чему равно
осмотическое давление такого раствора,
если плотность его 1,01 г/мл?

127 Давление пара воды при температуре
25оС составляет 3167 Па. Вычислите
для той же температуры давление пара
раствора, в 450 г которого содержится 90
г глюкозы С6Н12О6.

128 Давление пара воды при температуре
20оС составляет 2338 Па. Сколько
граммов сахара С12Н22О11следует растворить в 720 г воды для
получения раствора, давление пара
которого на 18,7 Па меньше давления пара
воды? Вычислите массовую долю сахара в
растворе.

129 Давление пара воды при температуре
10оС составляет 1228 Па. В каком
количестве воды следует растворить 23
г глицерина С3Н8О3для
получения раствора, давление пара
которого составляет 1200 Па при той же
температуре? Вычислите массовую долю
глицерина в растворе.

130 При температуре 32оС давление
пара водного раствора некоторого
неэлектролита составляет 4721 па, а
давление пара воды при той же температуре
4753 Па. Вычислите осмотическое давление
раствора при той же температуре, приняв
плотность раствора равной единице.

131 Температура кристаллизации бензола
5,5оС, а раствор 6,15 г нитробензола
в 400 г бензола кристаллизуется при
температуре 4,86оС. Криоскопическая
константа бензола 5,12. Вычислите молярную
массу нитробензола.

132 При растворении 0,4 г некоторого
вещества в 10 г воды температура
кристаллизации раствора понижается на
1,24оС. Вычислите молярную массу
растворенного вещества.

133 В каком количестве воды следует
растворить 0,5 кг глицерина С3Н8О3для получения раствора с температурой
кристаллизации равной3оС?

134 Раствор сахара С12Н22О11оказывает при температуре 27оС
осмотическое давление, равное 156 кПа.
Принимая плотность раствора равной
единице, вычислите температуру его
кристаллизации.

135 Рассчитайте, чему равна молярная
масса растворенного в 500 г бензола
неэлектролита массой 76,1 г, если Тзампонизилась с температуры 5,4оС до
0,3оС? Ккр(бензола)=5,1.

136 Какую массу глицерина С3Н5(ОН)3нужно растворить в 500 г воды, чтобы
повысить Ткипна 1,5К?

137 Температура кипения разбавленного
раствора сахара С12Н22О11100,065оС.
Вычислите осмотическое давление раствора
при температуре 0оС. Плотность
раствора принять равной единице.

138 Температура кипения эфира 34,6оС,
а его эбуллиоскопическая константа
равна 2,16. Вычислите молекулярную массу
бензойной кислоты, если известно, что
5%-ный (по массе) раствор этой кислоты в
эфире кипит при температуре 35,53оС.

139 Температура кипения ацетона 56,1оС,
а его эбуллиоскопическая константа
равна 1,73. Вычислите температуру кипения
8%-ного (по массе) раствора глицерина
С3Н8О3в ацетоне.

140
Раствор, содержащий 5,4 г вещества–неэлектролита
в 200 г воды, кипит при температуре
100,078оС.
Вычислите молекулярную массу растворенного
вещества.

физическая химия — Почему точка кипения воды намного выше, чем ожидается на диаграмме?

физическая химия — Почему точка кипения воды намного выше, чем ожидается на диаграмме? — Обмен химического стека

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

  1. 0

  2. +0

  3. Авторизоваться
    Подписаться

Chemistry Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для ученых, преподавателей, преподавателей и студентов в области химии.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено
12к раз

$ \ begingroup $

Закрыто. Этот вопрос не по теме. В настоящее время он не принимает ответы.


Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы он соответствовал теме обмена Chemistry Stack Exchange.

Закрыт 3 года назад.

Объясните, почему температура кипения воды намного выше, чем ожидалось, исходя из размера молекулы.Имеет ли это какое-то отношение к межмолекулярным силам? Пожалуйста, объясни.

Гауранг Тандон

8,8
0 золотых знаков5555 серебряных знаков105105 бронзовых знаков

Создан 27 фев.

лиззилиззи

1111 золотой знак11 серебряный знак44 бронзовых знака

$ \ endgroup $

2

$ \ begingroup $

Молекула воды имеет небольшой размер, и ее высокая температура кипения действительно аномальна с общей тенденцией точек кипения молекул такого же размера, что и молекула воды.

Теперь высокая температура кипения молекул воды может быть объяснена на основе связи $ \ ce {H} $, которая имеет место между молекулами воды в жидком состоянии. Молекула воды может образовывать максимум $ 4 $ $ \ ce {H} $ связей. Это также увеличивает эффективный размер молекул воды, что, в свою очередь, увеличивает силы Ван-дер-Ваальса , действующие в молекулах воды.

Две причины высокой температуры кипения воды —

  1. Образование $ \ ce {H} $ связей, которое требует больше энергии для разрыва «лишних» связей.
  2. Увеличение ван-дер-Ваальса сил, в результате чего нам необходимо обеспечить большую температуру для кипения воды или перехода из жидкого состояния в парообразное.

Создан 27 фев.

$ \ endgroup $

$ \ begingroup $

Потому что он может образовывать водородные связи между своими молекулами.

Чем больше силы притяжения, чем выше точка кипения, или чем выше полярность, тем выше точка кипения. Молекулы воды в жидком состоянии обладают способностью образовывать водородные связи друг с другом. Эти водородные связи являются одними из самых сильных из всех межмолекулярных сил, поэтому для разрыва этих взаимодействий требуется большое количество энергии — это основная причина, по которой вода имеет такую ​​высокую относительную температуру кипения.

Создан 27 фев.

Танудж

43822 серебряных знака1717 бронзовых знаков

$ \ endgroup $

Chemistry Stack Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

4.2 Химия воды | Межмолекулярные силы

Какие свойства воды позволяют ей оставаться в жидкости?
фаза в большом диапазоне температур? Объясните, почему это
важно для жизни на земле.

Высокая температура кипения и низкая температура плавления. Вода имеет сильную
водородные связи между молекулами. Эти облигации требуют
много энергии, прежде чем они сломаются. Это ведет к
вода, имеющая более высокую температуру кипения, чем если бы была
только более слабые диполь-дипольные силы.Вода также имеет высокий
удельная теплоемкость. Если бы у воды не было такого большого пробега
в котором это жидкость, водоемы замерзли бы
быстрее, уничтожая в них жизнь. Также, если
температура кипения воды была ниже, чем у всей воды
может испариться в жаркий день, что приведет к тому, что вся жизнь
умереть.

Какое свойство воды позволяет океанам действовать как тепло?
водохранилища? Как это влияет на Землю
климат?

Вода способна поглощать инфракрасное излучение (тепло) от
солнце.Эта тепловая энергия хранится в океанах. Без
этот эффект, тепло от солнца вызовет
дневная температура на Земле станет невыносимой
горячий.

Дополнительные темы

Межмолекулярные силы

Молекула представляет собой наименьшую наблюдаемую группу атомов с уникальными связями, которые представляют состав, конфигурацию и характеристики чистого соединения.До этого момента наша основная задача заключалась в обнаружении и описании способов, которыми атомы связываются вместе, образуя молекулы. Поскольку все наблюдаемые образцы соединений и смесей содержат очень большое количество молекул ( около ! 0 20 ), мы должны также позаботиться о взаимодействиях между молекулами, а также об их индивидуальных структурах. Действительно, многие физические характеристики соединений, которые используются для их идентификации (например, точки кипения, точки плавления и растворимость), обусловлены межмолекулярными взаимодействиями.
Все атомы и молекулы имеют слабое притяжение друг к другу, известное как притяжение Ван-дер-Ваальса . Эта сила притяжения происходит из электростатического притяжения электронов одной молекулы или атома к ядрам другой. Если бы не было сил Ван-дер-Ваальса, вся материя существовала бы в газообразном состоянии, и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, была бы невозможна. Следует отметить, что между молекулами также действуют меньшие силы отталкивания, которые быстро увеличиваются при очень малых межмолекулярных расстояниях.

Точки кипения

Для общих целей полезно рассматривать температуру как меру кинетической энергии всех атомов и молекул в данной системе. С повышением температуры происходит соответствующее увеличение силы поступательных и вращательных движений всех молекул, а также колебаний атомов и групп атомов внутри молекул. Опыт показывает, что многие соединения обычно существуют в виде жидкостей и твердых тел; и что даже газы с низкой плотностью, такие как водород и гелий, можно сжижать при достаточно низкой температуре и высоком давлении.Из этого факта следует сделать четкий вывод о том, что силы межмолекулярного притяжения значительно различаются, и что точка кипения соединения является мерой силы этих сил. Таким образом, чтобы разрушить межмолекулярные притяжения, которые удерживают молекулы соединения в конденсированном жидком состоянии, необходимо увеличить их кинетическую энергию за счет повышения температуры образца до характерной точки кипения соединения.

В следующей таблице показаны некоторые факторы, влияющие на силу межмолекулярного притяжения.После формулы каждой записи в скобках указывается ее вес по формуле и температура кипения в градусах Цельсия. Во-первых, размер молекул. Большие молекулы имеют больше электронов и ядер, которые создают силы притяжения Ван-дер-Ваальса, поэтому их соединения обычно имеют более высокие температуры кипения, чем подобных соединений, состоящих из более мелких молекул. Очень важно применять это правило только к подобным соединениям. Примеры, приведенные в первых двух строках, похожи в том, что молекулы или атомы имеют сферическую форму и не имеют постоянных диполей.Форма молекулы также важна, как показывает вторая группа соединений. Верхний ряд состоит из молекул примерно сферической формы, тогда как изомеры в нижнем ряду имеют молекулы цилиндрической или линейной формы. Силы притяжения между последней группой обычно больше. Наконец, постоянные молекулярные диполи, генерируемые полярными ковалентными связями, приводят к еще большим силам притяжения между молекулами, при условии, что они обладают подвижностью, чтобы выстраиваться в соответствующие ориентации. Последние записи в таблице сравнивают неполярные углеводороды с соединениями равного размера, имеющими полярные связи с кислородом и азотом.Галогены также образуют полярные связи с углеродом, но они также увеличивают молекулярную массу, что затрудняет различение этих факторов.

C = CH 2 (28) -104

Точки кипения (ºC) отдельных элементов и соединений

Увеличивающийся размер

Атомарный Ar (40) -186 Kr (83) -153 Xe (131) -109
Молекулярный CH 4 (16) -161 (CH 3 ) 4 C (72) 9.5 (CH 3 ) 4 Si (88) 27 CCl 4 (154) 77

Молекулярная форма

Сферическая 3 ) 4 C (72) 9,5 (CH 3 ) 2 CCl 2 (113) 69 (CH 3 ) 3 CC (CH 3 ) 3 (114) 106
Линейный: CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 (72) 36 Cl (CH 2 ) 3 Cl (113) 121 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 (114) 126

Молекулярная полярность

Неполярный: F 2 (38) -188 CH 3 C≡CCH 3 (54) -32 CF 4 (88) -130
Полярный: H 2 C = O (30) -21 CH 3 CH = O (44) 20 (CH 3 ) 3 N (59) 3.5 (CH 3 ) 2 C = O (58) 56
HC≡N (27) 26 CH 3 C≡N (41) 82 (CH 2 ) 3 O (58) 50 CH 3 NO 2 (61) 101

Точки плавления кристаллических твердых веществ нельзя классифицировать так же просто, как точки кипения. Расстояние между молекулами в кристаллической решетке невелико и регулярно, а межмолекулярные силы сдерживают движение молекул сильнее, чем в жидком состоянии.Размер молекулы важен, но форма также имеет решающее значение, поскольку отдельные молекулы должны согласовываться вместе, чтобы силы притяжения решетки были большими. Молекулы сферической формы обычно имеют относительно высокие температуры плавления, которые в некоторых случаях приближаются к температуре кипения. Это отражает тот факт, что сферы могут упаковываться вместе более плотно, чем другие формы. Эта чувствительность к структуре или форме является одной из причин того, что точки плавления широко используются для идентификации конкретных соединений.Данные в следующей таблице служат для иллюстрации этих моментов.

4–

3

4

гексан

(CH 2 ) 7 CH 3

Обратите внимание, что точки кипения неразветвленных алканов (от пентана до декана) увеличиваются довольно плавно с увеличением молекулярной массы, но точки плавления цепей с четным углеродом увеличиваются больше, чем температуры плавления цепей с нечетным углеродом.Четные цепи упаковываются вместе более компактно, чем нечетные. Последнее соединение, изомер октана, имеет почти сферическую форму и исключительно высокую температуру плавления (всего на 6º ниже точки кипения).

Водородная связь

Самая мощная межмолекулярная сила, влияющая на нейтральные (незаряженные) молекулы, — это водородная связь . Если мы сравним точки кипения метана (CH 4 ) -161ºC, аммиака (NH 3 ) -33ºC, воды (H 2 O) 100ºC и фтороводорода (HF) 19ºC, мы увидим большее изменение для эти молекулы аналогичного размера, чем ожидалось из данных, представленных выше для полярных соединений.Это показано графически на следующей диаграмме. Большинство простых гидридов элементов IV, V, VI и VII групп демонстрируют ожидаемое повышение температуры кипения с увеличением молекулярной массы, но гидриды наиболее электроотрицательных элементов (азота, кислорода и фтора) имеют аномально высокие температуры кипения для своей массы.

Исключительно сильное диполь-дипольное притяжение, вызывающее такое поведение, называется водородной связью . Водород образует полярные ковалентные связи с большим количеством электроотрицательных атомов, таких как кислород, и поскольку атом водорода довольно мал, положительный конец диполя связи (водород) может приближаться к соседним нуклеофильным или основным участкам ближе, чем другие полярные связи.Кулоновские силы обратно пропорциональны шестой степени расстояния между диполями, что делает эти взаимодействия относительно сильными, хотя они все еще слабые ( около от 4 до 5 ккал на моль) по сравнению с большинством ковалентных связей. Уникальные свойства воды во многом обусловлены сильной водородной связью, которая возникает между ее молекулами. На следующей диаграмме водородные связи изображены пурпурными пунктирными линиями.

Молекула, обеспечивающая полярный водород для водородной связи, называется донором .Молекула, которая обеспечивает богатый электронами участок, к которому притягивается водород, называется акцептором . Вода и спирты могут служить как донорами, так и акцепторами, тогда как простые эфиры, альдегиды, кетоны и сложные эфиры могут действовать только как акцепторы. Точно так же первичные и вторичные амины одновременно являются донорами и акцепторами, но третичные амины действуют только как акцепторы. Как только вы научитесь распознавать соединения, которые могут проявлять межмолекулярные водородные связи, их относительно высокая температура кипения становится понятной.Данные в следующей таблице служат иллюстрацией этого момента.

Соединение Формула Точка кипения Точка плавления
пентан CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 69ºC –95ºC
гептан CH 3 2 98ºC –91ºC
октановое число CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 126ºC 9014 9014 9014 151ºC –54ºC
декан CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 3 3 3 42 174ºC –30ºC
тетраметилбутан (CH 3 ) 3 C-C (CH 3 ) 3 106ºC + 100128

OH

9015 9015 N 2 9015 CH 2 2

Соединение Формула Мол. Вес. Точка кипения Точка плавления
диметиловый эфир CH 3 OCH 3 46 –24ºC –138ºC 46 78ºC –130ºC
пропанол CH 3 (CH 2 ) 2 OH 60 98143 60 98143 (CH 3 CH 2 ) 2 O 74 34 ° C –116 ° C
пропиламин CH 3 (CH 2 905 905 905

59 48ºC –83ºC
метиламиноэтан CH 3 CH 2 NHCH 3 59 37ºC
триметиламин (CH 3 ) 3 N 59 3ºC –117ºC
этиленгликоль HOCH14 62 9013 907

HOCH14 2

5

–13ºC
уксусная кислота CH 3 CO 2 H 60 118ºC 17ºC
этилендиамин 60 118ºC 8.5ºC

Спирты имеют значительно более высокую температуру кипения, чем простые эфиры сопоставимого размера (первые две записи), а изомерные 1º, 2º и 3º -амины, соответственно, показывают снижение температуры кипения, причем два изомера с водородными связями имеют значительно более высокую температуру кипения, чем 3º-амин (записи 5 к 7). Кроме того, водородные связи O – H — O явно сильнее, чем водородные связи N – H — N, как мы видим, сравнивая пропанол с аминами.

Как и ожидалось, наличие двух водородных связей в соединении еще больше повышает температуру кипения.Уксусная кислота (девятая запись) — интересный случай. Димерные частицы, показанные справа, удерживаемые двумя водородными связями, являются основным компонентом жидкого состояния. Если это точное представление состава этого соединения, то мы ожидаем, что его точка кипения будет эквивалентна температуре кипения соединения C 4 H 8 O 4 (вес формулы = 120). Подходящее приближение такого соединения находится в тетраметоксиметане, (CH 3 O) 4 C, который на самом деле немного больше (вес формулы = 136) и имеет температуру кипения 114 ° C.Таким образом, димерная водородно-связанная структура, по-видимому, хорошо представляет уксусную кислоту в конденсированном состоянии.

Здесь стоит отметить родственный принцип. Хотя водородная связь относительно слабая ( около от 4 до 5 ккал на моль), когда существует несколько таких связей, результирующая структура может быть довольно прочной. Водородные связи между целлюлозными волокнами придают большую прочность дереву и родственным материалам.

Для получения дополнительной информации по этому вопросу щелкните здесь.
Свойства кристаллических твердых тел

Точки плавления

Большинство органических соединений имеют температуру плавления ниже 200 ºC. Некоторые из них разлагаются перед плавлением, некоторые — возвышаются, но большинство претерпевает повторное плавление и кристаллизацию без каких-либо изменений в молекулярной структуре. Когда чистое кристаллическое соединение нагревается или охлаждается жидкостью, изменение температуры образца со временем примерно равномерное.Однако, если твердое вещество плавится или жидкость замерзает, возникает разрыв, и температура образца остается постоянной до тех пор, пока фазовый переход не завершится. Это поведение показано на диаграмме справа, где зеленый сегмент представляет твердую фазу, голубой — жидкость, а красный — температурно-инвариантное равновесие жидкость / твердое тело. Для данного соединения эта температура представляет собой его точку плавления (или точку замерзания) и является воспроизводимой константой до тех пор, пока внешнее давление не изменяется.Длина горизонтальной части зависит от размера образца, так как количество тепла, пропорциональное теплоте плавления, должно быть добавлено (или удалено) до завершения фазового перехода.

Хорошо известно, что точка замерзания растворителя понижается растворенным растворенным веществом, например рассол по сравнению с водой. Если два кристаллических соединения (A и B) тщательно смешиваются, температура плавления этой смеси обычно понижается и расширяется по сравнению с характерной острой точкой плавления каждого чистого компонента.Это обеспечивает полезные средства для установления идентичности или неидентичности двух или более соединений, поскольку точки плавления множества твердых органических соединений документируются и обычно используются в качестве теста на чистоту.
Фазовая диаграмма справа показывает поведение температуры плавления смесей в диапазоне от чистого A слева до чистого B справа. Небольшое количество соединения B в образце соединения A понижает (и расширяет) его точку плавления; и то же самое верно для образца B, содержащего немного A.Самая низкая точка плавления смеси, е, называется точкой эвтектики . Например, если A — коричная кислота, т.пл. 137 ºC, и B — бензойная кислота, т.пл. 122 ºC, точка эвтектики 82 ºC.
Ниже температуры изотермической линии ced смесь полностью твердая, состоящая из конгломерата твердого вещества A и твердого вещества B. Выше этой температуры смесь представляет собой жидкую или жидкую твердую смесь, состав которой меняется. В некоторых редких случаях неполярных соединений аналогичного размера и кристаллической структуры образуется настоящий твердый раствор одного в другом, а не конгломерат.Плавление или замерзание происходит в широком диапазоне температур, и истинной точки эвтектики не существует.

Интересная, но менее распространенная смешанная система включает молекулярные компоненты, которые образуют плотный комплекс или молекулярное соединение , способное существовать как отдельные частицы в равновесии с жидкостью того же состава. Такая разновидность обычно имеет четкую , совпадающую точку плавления и дает фазовую диаграмму, имеющую вид двух соседних эвтектических диаграмм.Пример такой системы показан справа, молекулярное соединение представлено как A: B или C . Одна такая смесь состоит из -нафтола, т.пл. 94 ° C, и п-толуидин, т.пл. 43 ºC. Комплекс A: B имеет точку плавления 54 ºC, а на фазовой диаграмме показаны две эвтектические точки, первая при 50 ºC, вторая при 30 ºC. Молекулярные комплексы этого типа обычно имеют стехиометрию 50:50, как показано, но известны другие интегральные отношения.
В дополнение к возможным осложнениям, упомянутым выше, на простой процесс определения точки плавления также могут влиять изменения в кристаллической структуре либо до, либо после начального плавления.Существование более чем одной кристаллической формы для данного соединения называется полиморфизмом.

Полиморфизм

Полиморфы соединения — это различные кристаллические формы, в которых структура решетки молекул различается. Эти различные твердые вещества обычно имеют разные точки плавления, растворимость, плотность и оптические свойства. Многие полиморфные соединения имеют гибкие молекулы, которые могут принимать различные конформации, и рентгеновское исследование этих твердых тел показывает, что их кристаллические решетки накладывают определенные конформационные ограничения.В расплавленном состоянии или в растворе различные полиморфные кристаллы этого типа образуют одну и ту же быстро уравновешивающуюся смесь молекулярных частиц. Полиморфизм подобен гидратированным или сольватированным кристаллическим формам, но отличается от них. Было подсчитано, что более 50% известных органических соединений могут быть способны к полиморфизму.

Тетраацетат рибофуранозы, показанный вверху слева внизу, был источником ранней загадки, связанной с полиморфизмом. Соединение было впервые получено в Англии в 1946 году, и его температура плавления составляла 58 ºC.Спустя несколько лет тот же материал с такой же температурой плавления был независимо получен в Германии и США. Затем американские химики обнаружили, что точки плавления их ранних препаратов поднялись до 85 ºC. В конце концов стало очевидно, что ни одна лаборатория, в которую была введена форма с более высокой температурой плавления, больше не могла производить форму с более высокой температурой плавления. Микроскопические зародыши стабильного полиморфа в окружающей среде неизбежно направляют кристаллизацию с этой целью.Данные дифракции рентгеновских лучей показали, что полиморф с более низкой температурой плавления является моноклинным, пространственная группа P2. Форма с более высокой температурой плавления была орторомбической, пространственная группа P2 1 2 1 2 1 .
Полиморфизм оказался решающим фактором в фармацевтике, производстве твердых пигментов и полимеров. Некоторые примеры описаны ниже.

Ацетаминофен — распространенный анальгетик (например, тайленол). Обычно его получают в виде моноклинных призм (верхний рисунок) при кристаллизации из воды.Менее стабильный ромбический полиморф, имеющий лучшие физические свойства для прессования в таблетки, показан под первым.

Хинакридон — важный пигмент, используемый в красках и чернилах. Он имеет жесткую плоскую молекулярную структуру, а в разбавленном растворе имеет светло-желтый цвет. Идентифицировано три полиморфа. Межмолекулярные водородные связи являются важной особенностью во всех этих случаях. Цвета кристаллов варьируются от ярко-красного до фиолетового.

Противоязвенный препарат ранитидин (Зантак) был впервые запатентован компанией Glaxo-Wellcome в 1978 году.Семь лет спустя та же компания запатентовала второй полиморф ранитидина. Это расширило лицензионное покрытие до 2002 года, и усилия по продвижению на рынок генерической формы были сорваны, потому что было невозможно приготовить первый полиморф, не загрязненный вторым.


Относительно простой арилтиофен, обозначенный как EL1, был получен и изучен химиками компании Eli Lilly. На нем были представлены шесть форм полиморфных кристаллов, изображения которых показаны слева.

Полиморфы EL1
Пример Цвет / форма Кристаллическая форма Точка плавления
I желтые призмы 9014 9014 n 1 142
110 ºC
II красноватые пластины моноклинический
P2 1 / n [14]
113 ºC
III оранжевые иглы 145

моноклинный 115 ºC
IV желтые иглы триклиническая
P1 [2]
переставляет
на VI
V оранжевые пластины 901 на заднюю часть IORBCA
VI красные призмы триклинический
P1 [2]
106 ºC

Типичный пример изменений полиморфизма показан шоколадом, который подвергался нагреванию и / или длительному хранению.Со временем или когда он сбрасывается после размягчения, на нем могут появиться белые пятна, которые больше не тают во рту и не имеют такого приятного вкуса, как должны. Это потому, что у шоколада более шести полиморфов, и только один идеален в качестве кондитерского изделия. Он создается в тщательно контролируемых заводских условиях. Неправильные условия хранения или транспортировки вызывают превращение шоколада в другие полиморфы.
Шоколад представляет собой массу какао и частицы сахара, взвешенные в матрице какао-масла.Масло какао представляет собой смесь триглицеридов, в которой преобладают стеароильная, олеоильная и пальмитоильная группы. Именно полиморфы этой матрицы влияют на качество шоколада.
Полиморфы с низкой температурой плавления кажутся слишком липкими или густыми во рту. Форма V, полиморф какао-масла с лучшим вкусом, имеет температуру плавления от 34 до 36 ºC, что немного ниже, чем внутри человеческого тела, что является одной из причин, по которой оно тает во рту. К сожалению, форма VI с более высокой температурой плавления более стабильна и образуется с течением времени.

Полиморфы шоколада
Полиморф Точка плавления Комментарии
I 17,4 ºC Получается путем быстрого охлаждения расплава.
II 23,4 ºC Получается путем охлаждения расплава со скоростью 2 ºC / мин.
III 26 ºC Получается преобразованием формы II при 5-10 ºC.
IV 27 ºC Получено преобразованием формы III при хранении при 16-21 ºC.
V 34 ºC Производится темперированием (охлаждение с последующим небольшим повторным нагревом при перемешивании).
VI 36-37 ºC Произведено из V после 4 месяцев пребывания при комнатной температуре.

Растворимость в воде

Воду называют «универсальным растворителем», и ее широкое распространение на этой планете и существенная роль в жизни делают ее эталоном для дискуссий о растворимости.Вода растворяет многие ионные соли благодаря своей высокой диэлектрической проницаемости и способности сольватировать ионы. Первый уменьшает притяжение между противоположно заряженными ионами, а второй стабилизирует ионы, связываясь с ними и делокализуя плотность заряда. Многие органические соединения, особенно алканы и другие углеводороды, почти не растворяются в воде. Органические соединения, растворимые в воде, такие как большинство из перечисленных в приведенной выше таблице, обычно имеют акцепторные и донорные группы водородных связей. Наименее растворимым из перечисленных соединений является диэтиловый эфир, который может служить только акцептором водородной связи и на 75% состоит из углеводородов.Даже в этом случае диэтиловый эфир примерно в двести раз более растворим в воде, чем пентан.

Основной характеристикой воды, которая влияет на эти растворимости, является обширная ассоциация ее молекул друг с другом с водородными связями. Эта сеть с водородными связями стабилизируется суммой всех энергий водородных связей, и если бы неполярные молекулы, такие как гексан, были вставлены в сеть, они разрушили бы локальную структуру, не внося никаких собственных водородных связей.Конечно, молекулы гексана испытывают значительное притяжение Ван-дер-Ваальса к соседним молекулам, но эти силы притяжения намного слабее, чем водородная связь. Следовательно, когда гексан или другие неполярные соединения смешиваются с водой, сильные силы ассоциации водной сетки исключают неполярные молекулы, которые должны тогда существовать в отдельной фазе. Это показано на следующем рисунке, и поскольку гексан менее плотен, чем вода, гексановая фаза плавает на водной фазе.

Важно помнить об этой тенденции воды исключать неполярные молекулы и группы, поскольку это фактор в структуре и поведении многих сложных молекулярных систем. Общая номенклатура, используемая для описания молекул и областей внутри молекул, — это гидрофильный, для полярных, водородно связывающих фрагментов и гидрофобный для неполярных частиц.

Для получения дополнительной информации по этому вопросу щелкните здесь.

Выберите проблему
Точки кипения
Водородная связь
Растворимость воды

Эта страница является собственностью Уильяма Ройша.
Комментарии, вопросы и ошибки следует
направлять по адресу [email protected]
Эти страницы предоставляются IOCD для оказания помощи в наращивании потенциала в области химического образования. 05.05.2013

Конец дополнительной темы

Подробнее о межмолекулярных силах

Межмолекулярные силы и физические свойства

Силы притяжения, существующие между молекулами, ответственны за многие объемные физические свойства, проявляемые веществами.Некоторые соединения представляют собой газы, некоторые — жидкости, а другие — твердые вещества. Точки плавления и кипения чистых веществ отражают эти межмолекулярные силы и обычно используются для идентификации. Из этих двух точка кипения считается наиболее репрезентативной мерой общего межмолекулярного притяжения. Таким образом, точка плавления отражает тепловую энергию, необходимую для преобразования высокоупорядоченного массива молекул в кристаллической решетке в хаотичность жидкости. Расстояние между молекулами в кристаллической решетке невелико и регулярно, а межмолекулярные силы сдерживают движение молекул сильнее, чем в жидком состоянии.Размер молекулы важен, но форма также имеет решающее значение, поскольку отдельные молекулы должны согласовываться вместе, чтобы силы притяжения решетки были большими. Молекулы сферической формы обычно имеют относительно высокие температуры плавления, которые в некоторых случаях приближаются к точке кипения, что отражает тот факт, что сферы могут упаковываться вместе более плотно, чем другие формы. Эта чувствительность к структуре или форме является одной из причин того, что точки плавления широко используются для идентификации конкретных соединений.
Точки кипения, с другой стороны, по существу отражают кинетическую энергию, необходимую для высвобождения молекулы из кооперативного притяжения жидкого состояния, так что она становится свободным и относительно независимым газообразным состоянием.Все атомы и молекулы имеют слабое притяжение друг к другу, известное как притяжение Ван-дер-Ваальса . Эта сила притяжения берет свое начало в электростатическом притяжении электронов одной молекулы или атома к ядрам другой и получила название , лондонская дисперсионная сила .
Следующая анимация показывает, как близкое сближение двух атомов неона может нарушить их распределение электронов таким образом, чтобы вызвать дипольное притяжение. Индуцированные диполи являются кратковременными, но их достаточно для разжижения неона при низкой температуре и высоком давлении.

В общем, более крупные молекулы имеют более высокие температуры кипения, чем более мелкие молекулы того же типа, что указывает на то, что дисперсионные силы увеличиваются с массой, числом электронов, числом атомов или некоторой их комбинацией. В следующей таблице перечислены точки кипения ряда элементов и ковалентных соединений, состоящих из молекул, не имеющих постоянного диполя. Число электронов в каждой разновидности указано в первом столбце, а масса каждого дается в виде числа в верхнем индексе перед формулой.

# Электроны Молекулы и точки кипения ºC
10 20 Ne –246; 16 CH 4 –162
18 40 Ar –186; 32 SiH 4 –112; 30 C 2 H 6 –89; 38 Ф. 2 –187
34-44 84 Kr –152; 58 C 4 H 10 –0.5; 72 (CH 3 ) 4 C 10; 71 Класс 2 –35; 88 CF 4 –130
66-76 114 [(CH 3 ) 3 C] 2 106; 126 (CH 2 ) 9 174; 160 Br 2 59; 154 CCl 4 77; 138 C 2 F 6 –78

В первой строке показаны две десятиэлектронные молекулы.Неон тяжелее метана, но кипит на 84 градуса ниже. Метан состоит из пяти атомов, и дополнительные ядра могут предоставить больше возможностей для индуцированного образования диполей по мере приближения других молекул. Легкость, с которой электроны молекулы, атома или иона смещаются соседним зарядом, называется поляризуемостью , поэтому мы можем сделать вывод, что метан более поляризуем, чем неон.
Во второй строке перечислено четыре восемнадцать электронных молекул. Большинство их точек кипения выше, чем у десятиэлектронных соединений неона и метана, но фтор является исключением, он кипит на 25º ниже метана.Остальные примеры в таблице соответствуют корреляции точки кипения с полным числом электронов и числом ядер, но фторсодержащие молекулы остаются исключением.
Аномальное поведение фтора можно объяснить его очень высокой электроотрицательностью. Ядро фтора настолько сильно притягивает свои электроны, что они гораздо менее поляризуемы, чем электроны большинства других атомов.

Конечно, в отношениях точки кипения могут доминировать даже более сильные силы притяжения, такие как электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионными частицами и между частичным разделением зарядов молекулярных диполей.Следовательно, молекулы с постоянным дипольным моментом должны иметь более высокие температуры кипения, чем эквивалентные неполярные соединения, как показано данными в следующей таблице.

# Электроны Молекулы и точки кипения ºC
14-18 30 C 2 H 6 –89; 28 H 2 C = CH 2 –104; 26 HC≡CH –84; 30 H 2 C = O –21; 27 HC≡N 26; 34 CH 3 -F –78
22-26 42 CH 3 CH = CH 2 –48; 40 CH 3 C≡CH –23; 44 CH 3 CH = O 21; 41 CH 3 C≡N 81; 46 (CH 3 ) 2 O –24; 50.5 CH 3 -Cl –24; 52 CH 2 F 2 –52
32-44 58 (CH 3 ) 3 CH –12; 56 (CH 3 ) 2 C = CH 2 –7; 58 (CH 3 ) 2 C = O 56; 59 (CH 3 ) 3 N 3; 95 CH 3 -Br 45; 85 CH 2 Класс 2 40; 70 CHF 3 –84

В первом ряду соединений этан, этен и этин не имеют молекулярного диполя и служат полезными ссылками для производных с одинарными, двойными и тройными связями, которые имеют.Формальдегид и цианистый водород ясно показывают усиленное межмолекулярное притяжение, возникающее в результате постоянного диполя. Метилфторид аномален, как и большинство фторорганических соединений. Во втором и третьем рядах все соединения имеют постоянные диполи, но те, которые связаны с углеводородами (первые два соединения в каждом случае), очень малы. Большие молекулярные диполи происходят в основном от связей с высокоэлектроотрицательными атомами (по сравнению с углеродом и водородом), особенно если они являются двойными или тройными связями.Таким образом, альдегиды, кетоны и нитрилы обычно имеют более высокую температуру кипения, чем углеводороды и алкилгалогениды того же размера. Нетипичное поведение соединений фтора неожиданно ввиду большой разницы в электроотрицательности углерода и фтора.

Водородная связь

Большинство простых гидридов групп IV, V, VI и VII
элементы отображают ожидаемое повышение температуры кипения с количеством
электронов и молекулярной массы, но гидриды наиболее
электроотрицательные элементы (азот, кислород и фтор) имеют
аномально высокие температуры кипения, обозначенные ранее как
график, также перечисленный справа.

Группа Молекулы и точки кипения ºC
VII HF 19; HCl –85; HBr –67; HI –36
VI H 2 O 100; H 2 S –60; H 2 Se –41; H 2 Te –2
V NH 3 –33; РН 3 –88; AsH 3 –62; SbH 3 –18

Исключительно сильные диполь-дипольные притяжения, ответственные за такое поведение, называются водородными связями и .Когда атом водорода является частью полярной ковалентной связи с более электроотрицательным атомом, таким как кислород, его небольшой размер позволяет положительному концу диполя связи (водород) приближаться к соседним нуклеофильным или основным сайтам ближе, чем компоненты других полярных облигации. Кулоновские силы обратно пропорциональны шестой степени расстояния между диполями, поэтому эти
взаимодействия относительно сильные, хотя они все еще слабые (около 4
до 5 ккал на моль) по сравнению с большинством ковалентных связей.Таблица данных справа убедительно свидетельствует о наличии водородных связей.
В каждой строке первое указанное соединение имеет наименьшее количество
электронов и самой низкой массы, но его температура кипения самая высокая из-за
к водородной связи. Остальные соединения в каждом ряду имеют молекулярные
диполи, взаимодействия которых можно было бы назвать водородными
связь, но притяжения явно намного слабее. Первые два
гидриды элементов IV группы, метана и силана, перечислены в
в первой таблице выше и не демонстрируют каких-либо значительных водородных связей.
Органические соединения, содержащие связи O-H и N-H, также будут демонстрировать
усиленное межмолекулярное притяжение за счет водородных связей. Некоторые
примеры приведены ниже.

азот

Соединения

Класс Молекулы и точки кипения ºC
Кислород
Соединения
C 2 H 5 OH 78; (CH 3 ) 2 O –24; (CH 2 ) 2 O 11
этанол диметиловый эфир этиленоксид
(CH 2 ) 3 CHOH 124 и (CH 2 ) 4 O 66
циклобутанол тетрагидрофуран

C 3 H 7 NH 2 50; C 2 H 5 NH (CH 3 ) 37; (CH 3 ) 3 N 3
пропиламин этилметиламин триметиламин
(CH 2 ) 4 CHNH 2 107 и (CH 2 ) 4 NCH 3 3
Циклопентиламин N-метилпирролидин
Комплекс
Функции
C 2 H 5 CO 2 H 141 & CH 3 CO 2 CH 3 ic C 3 H 7 CONH 2 218 и CH 3 CON (CH 3 ) 2 165
бутирамид N, N-диметилацетамид

Растворимость в воде

Вода — самая распространенная и важная жидкость на этой планете.При выделении и очистке соединений необходимо учитывать смешиваемость других жидкостей с водой и растворимость твердых веществ в воде. С этой целью в следующей таблице приведена смешиваемость с водой (или растворимость) ряда низкомолекулярных органических соединений. Сразу видно влияние важных атомов водорода, связывающих атомы водорода, кислорода и азота. В первой строке перечислены несколько углеводородных и хлорированных растворителей. Все они без исключения не смешиваются с водой, хотя интересно отметить, что π-электроны бензола и несвязывающие валентные электроны хлора действуют, слегка увеличивая их растворимость по сравнению с насыщенными углеводородами.По сравнению с углеводородами соединения кислорода и азота, перечисленные во втором, третьем и четвертом рядах, более чем в сто раз более растворимы в воде, и многие из них полностью смешиваются с водой.

Растворимость в воде характеристических соединений

Тип соединения Специфические соединения граммов / 100 мл молей / литр Специфические соединения граммов / 100 мл молей / литр
Углеводороды и
Алкилгалогениды
бутан
гексан
циклогексан
0.007
0,0009
0,006
0,0012
0,0001
0,0007
бензол
метиленхлорид
хлороформ
0,07
1,50
0,8
0,009
0,180
0,07
Соединения
Имеющие
Один кислород
1-бутанол

цирклоид
третутан

9,0
полный
3,6
8,7
1,2
полный
0,36
0.90
этиловый эфир
ТГФ
фуран
анизол
6,0
полный
1,0
1,0
0,80
полный
0,15
0,09
Соединения
, содержащие
Два кислорода 2-кислородный 1 2-этанол
бутанол-бутил-1 бутанол кислота
бензойная кислота
в сборе
в сборе
в комплекте
в комплекте
в комплекте
в комплекте
в комплекте
в комплекте
1,2-диметоксиэтан
1,4-диоксан
этилацетат
γ-бутиролактон
полный
полный
8.0
полный
полный
полный
0,91
полный
Азот
Содержит
Соединения
1-аминобутан
циклогексиламин
анилин
пирролидин
пиррол
в комплекте
в комплекте
3,4
в комплекте
6,0
в комплекте
в комплекте
0,37
в комплекте
0,9
триэтиламин
пиридин
пропионитрил
1-нитропропан
ДМФ
5.5
в комплекте
10,3
1,5
в комплекте
0,54
в комплекте
2,0
0,17
в комплекте

Из приведенных выше данных стоит отметить некоторые общие тенденции. Во-первых, спирты (вторая строка слева) обычно более растворимы, чем простые эфиры того же размера (вторая строка справа). Это отражает тот факт, что гидроксильная группа может функционировать как донор, так и акцептор водородной связи; тогда как кислород простого эфира может служить только акцептором. Повышенная растворимость фенола по сравнению с циклогексанолом может быть связана с его большей кислотностью, а также с эффектом пи-электронов, отмеченным в первой строке.
Циклический эфир ТГФ (тетрагидрофуран) более растворим, чем его аналог с открытой цепью, возможно, потому, что атом кислорода более доступен для водородной связи с молекулами воды. Из-за пониженной основности кислорода в ароматическом соединении фуране он гораздо менее растворим. Атом кислорода в анизоле также дезактивируется при сопряжении с бензольным кольцом (обратите внимание, он активирует кольцо в реакциях электрофильного замещения).
Второй атом кислорода резко увеличивает растворимость в воде, о чем свидетельствуют соединения, перечисленные в третьей строке.Снова слева перечислены гидроксильные соединения.
Азот оказывает солюбилизирующее влияние, подобное кислороду, как показано соединениями в четвертом ряду. Первичные и вторичные амины, перечисленные в левом столбце, могут действовать как доноры, так и акцепторы водородных связей. Ароматичность снижает основность пиррола, но увеличивает его кислотность. Соединения в правом столбце могут играть только акцепторную роль. Удивительна низкая растворимость нитросоединения.

Эта страница является собственностью Уильяма Ройша.
Комментарии, вопросы и ошибки следует
направлять по адресу [email protected]
Эти страницы предоставляются IOCD для оказания помощи в наращивании потенциала в области химического образования. 05.05.2013

Конец дополнительной темы

3 тенденции, влияющие на точки кипения — Master Organic Chemistry

Теперь доступно — Загрузите этот замечательный (бесплатный) 3-страничный раздаточный материал о том, как решать типичные проблемы с точкой кипения.С 10 примерами решенных задач! (Также содержит все ключевые моменты, обсуждаемые в этом посте)

MOC_Boiling_Point_Handout (PDF)


Определение порядка точек кипения — это все о для понимания тенденций . Ключевым моментом здесь является то, что точки кипения отражают силу сил между молекулами. Чем больше они слипаются, тем больше энергии потребуется, чтобы выбросить их в атмосферу в виде газов.

Следует учитывать 3 важные тенденции.

  1. Относительная сила четырех межмолекулярных сил равна: ионная> водородная связь> диполь-диполь> силы дисперсии Ван-дер-Ваальса. Влияние каждой из этих сил притяжения будет зависеть от присутствующих функциональных групп.
  2. Температуры кипения увеличиваются с увеличением количества атомов углерода.
  3. Ветвление снижает температуру кипения.

Рассмотрим подробнее :.

Содержание

  1. Тенденция № 1: относительная сила четырех межмолекулярных сил
  2. Тенденция № 2 — для молекул с данной функциональной группой точка кипения увеличивается с увеличением молекулярной массы
  3. Роль симметрии ( или их отсутствие) по точкам плавления и кипения

1.Тенденция №1: относительная сила четырех межмолекулярных сил.

Сравните различные производные бутанового спирта, показанные ниже. Молекулы диэтилового эфира C4h20O удерживаются вместе за счет диполь-дипольных взаимодействий, которые возникают из-за поляризованных связей C-O. Сравните его температуру кипения (35 ° C) с температурой его изомера бутанола (117 ° C). Сильно повышенная температура кипения связана с тем, что бутанол содержит гидроксильную группу, которая способна образовывать водородные связи. Тем не менее, силы притяжения в бутаноле бледнеют по сравнению с таковыми у соли бутоксида натрия, который плавит при чрезвычайно высокой температуре (намного выше 260 ° C) и фактически разлагается, прежде чем может превратиться в жидкость.

Тогда подумайте о бутане C4h20, который не содержит полярных функциональных групп. Единственными силами притяжения между отдельными молекулами бутана являются относительно слабые дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса. В результате бутан кипит при температуре замерзания воды (0 ° C), что намного ниже даже температуры диэтилового эфира.

Мораль истории : среди молекул с примерно одинаковой молекулярной массой точки кипения будут определяться присутствующими функциональными группами.

Вы могли бы рассказать похожую историю для подобных изомеров амина и карбоновой кислоты, показанных ниже.

Предыдущее обсуждение четырех межмолекулярных сил см. Здесь. Ссылку на учебник Ройша можно найти здесь.

2. Тенденция № 2 — Для молекул с данной функциональной группой точка кипения увеличивается с увеличением молекулярной массы.

Посмотрите на резкое увеличение точек кипения по мере увеличения молекулярной массы во всех этих сериях:

Вот вопрос: Как именно межмолекулярные силы увеличиваются с увеличением молекулярной массы?

Что ж, ключевой силой, которая здесь действует, являются дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса, которые пропорциональны площади поверхности .Таким образом, по мере увеличения длины цепочки вы также увеличиваете площадь поверхности, что означает, что вы увеличиваете способность отдельных молекул притягиваться друг к другу.

На интуитивном уровне вы можете сравнить эти длинные молекулы с нитками спагетти — чем длиннее лапша, тем больше работы требуется, чтобы их разделить. По мере увеличения длины цепочки появятся области, в которых они могут очень хорошо выстраиваться рядом друг с другом.

По отдельности каждое взаимодействие может не иметь большого значения, но когда вы складываете их все по длине цепочки, дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса могут оказывать огромное влияние.

3. Роль симметрии (или ее отсутствия) в точках плавления и кипения

Это еще один побочный продукт зависимости дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса от площади поверхности — чем больше стержневидные молекулы, тем лучше в состоянии они будут выстраиваться в строй и связываться. Возьмем еще один интуитивно понятный пример макарон, что склеивает больше: спагетти или макароны? Чем больше сферическая молекула, тем меньше площадь ее поверхности и тем меньше межмолекулярных ван-дер-ваальсовых взаимодействий.Сравните точки кипения пентана (36 ° C) и 2,2-диметилпропана (9 ° C).

Это также может применяться к молекулам, связывающим водородные связи, таким как спирты — например, сравните точки кипения 1-пентанола с 2-пентанолом и 3-пентанолом. Гидроксильная группа 1-пентанола более «открыта», чем в 3-пентаноле (который окружен двумя объемными алкильными группами), поэтому он будет лучше способен образовывать водородные связи со своими собратьями.

Итак, есть три основных фактора, о которых вам нужно подумать, когда вы сталкиваетесь с вопросом о точках кипения.1) какие межмолекулярные силы будут присутствовать в молекулах? 2) как сравнивать молекулярные массы? 3) как сравнивать симметрии?

Последний быстрый вопрос для дороги (см. Комментарии для ответа).

П.С. Новинка! Ознакомьтесь с этим бесплатным 3-страничным раздаточным материалом о решении распространенных проблем, связанных с экзаменами на точку кипения!

MOC_Boiling_Point_Handout (PDF)

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
    браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Почему температуры кипения Nh4 HF и h3O намного выше, чем у Ch5? — Реабилитационная робототехника.нетто

Почему температуры кипения Nh4 HF и h3O намного выше, чем у Ch5?

По этой причине самыми сильными межмолекулярными силами между Nh4 и h3O являются водородные связи. Следовательно, самые сильные межмолекулярные силы между молекулами Ch5 — это силы Ван-дер-Ваальса. Водородная связь сильнее сил Ван-дер-Ваальса, поэтому и Nh4, и h3O будут иметь более высокие температуры кипения, чем Ch5.

Почему у Nh4 низкая температура кипения?

Аммиак обладает довольно сильными межмолекулярными силами, потому что он может образовывать водородные связи, однако он не может образовывать столько же водородных связей на молекулу, как вода, поэтому его температура кипения и точка плавления ниже, чем у воды.

Почему у F2 низкая температура кипения?

Правильно ли я скажу, что, поскольку F2 меньше, чем I2, в нем гораздо меньше электронов, что влияет на его способность к межмолекулярной связи. Из-за нехватки электронов дисперсионные силы, такие как индуцированные диполи (или силы Ван-де-Ваальса), намного слабее, что приводит к более низкой температуре кипения.

Почему аммиак имеет высокие температуры плавления и кипения?

Поскольку аммиак имеет водородные связи (из-за наличия ковалентных связей между водородом и азотом, который является относительно более электроотрицательным и имеет неподеленную пару), он имеет более высокую температуру кипения, чем фосфин.

У аммиака высокая температура плавления?

-107,9 ° F (-77,73 ° C)

У аммиака высокая температура кипения?

-28,01 ° F (-33,34 ° C)

У аммиака высокая или низкая температура плавления?

По своим физическим свойствам во многом напоминает воду. Он имеет температуру плавления 2 ° C (35,6 ° F), точку кипения 113,5 ° C (236,3 ° F), высокую диэлектрическую проницаемость (51,7 при 25 ° C [77 ° F]) и плотность 1 грамм на куб. см. Как и в случае с водой и аммиаком, основной межмолекулярной силой является водородная связь.

Почему у воды такая высокая точка кипения?

Вода имеет необычно высокую температуру кипения для жидкости. Вода состоит из кислорода и водорода и может образовывать водородные связи, которые представляют собой особенно сильные межмолекулярные силы. Эти сильные межмолекулярные силы заставляют молекулы воды «прилипать» друг к другу и препятствовать переходу в газовую фазу.

Почему аммиак имеет более низкую температуру кипения, чем вода?

Вот почему температура кипения воды выше, чем у аммиака или фтороводорода.В случае аммиака количество водородных связей ограничено тем фактом, что каждый азот имеет только одну неподеленную пару. В группе молекул аммиака недостаточно неподеленных пар, чтобы удовлетворить все водороды.

Почему аммиак имеет более высокую температуру кипения, чем метан?

В случае аммиака из-за наличия электроотрицательного атома связь достаточно полярна для образования межмолекулярной водородной связи. Поскольку сила межмолекулярной силы у аммиака намного выше, для его разрушения требуется больше энергии (в виде тепла).Итак, температура кипения аммиака намного выше, чем у метана.

Какова точка кипения CO?

-312,7 ° F (-191,5 ° C)

Какая температура кипения HF?

19,5 ° C (67,1 ° F)

H3O сильнее HF?

Связь H – F более полярна, чем H – O, поэтому легче разбить HF на H + и F-, чем h3O на H + и OH-. Следовательно, HF является более сильной кислотой, чем h3O.

Почему HCl самая сильная кислота?

HCl — сильная кислота, потому что она почти полностью диссоциирует.Напротив, слабая кислота, такая как уксусная кислота (Ch4COOH), плохо диссоциирует в воде — многие ионы H + остаются связанными внутри молекулы. Таким образом, чем сильнее кислота, тем больше свободных ионов H + выделяется в раствор.

Азот более кислый, чем кислород?

Кислород, как более электроотрицательный элемент, более плотно связан со своей неподеленной парой, чем азот. Таким образом, неподеленная пара азота с большей вероятностью разорвется и образует новую связь с протоном — другими словами, она более проста.

Какой азот самый основной?

Кольцевой азот DMAP — это самый основной азот, а не NMe2! NMe2 делается менее основным, будучи пи-донором (см. Выше), но пиридиновый азот становится более основным, потому что он здесь пи-акцептор. Другой пример того, как основность азота может быть увеличена за счет присоединения к пи-донорам, обнаружен в гуанидинах.

S или O более простой?

Кислород более электроотрицателен, чем сера, поэтому он с большей вероятностью принимает протон.Следовательно, анион ОН более основной, чем анион SH. Кроме того, сопряженная кислота аниона SH, h3S, более кислая, чем сопряженная кислота OH, h3O. Короче говоря, h3S более кислый, чем h30, поэтому OH должен быть более щелочным, чем SH.

межмолекулярная связь — водородные связи

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНАЯ СВЯЗЬ — ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ

 

Эта страница объясняет происхождение водородных связей — относительно сильной формы межмолекулярного притяжения.Если вас также интересуют другие межмолекулярные силы (силы дисперсии Ван-дер-Ваальса и диполь-дипольные взаимодействия), есть ссылка внизу страницы.

 

Доказательства водородной связи

Многие элементы образуют соединения с водородом. Если вы нанесете на график точки кипения соединений элементов группы 4 с водородом, вы обнаружите, что точки кипения увеличиваются по мере того, как вы спускаетесь по группе.

Повышение температуры кипения происходит из-за того, что молекулы становятся больше с увеличением количества электронов, и поэтому дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса становятся больше.


Примечание: Если вы не уверены в силах рассеяния Ван-дер-Ваальса, вам будет выгодно пройти по этой ссылке перед тем, как продолжить.


Если вы повторите это упражнение с соединениями элементов групп 5, 6 и 7 с водородом, произойдет нечто странное.

Хотя по большей части тенденция точно такая же, как и в группе 4 (по точно таким же причинам), температура кипения соединения водорода с первым элементом в каждой группе аномально высока.

В случае NH 3 , H 2 O и HF должны существовать некоторые дополнительные межмолекулярные силы притяжения, требующие значительно большей тепловой энергии для разрушения. Эти относительно мощные межмолекулярные силы описываются как водородные связи .

 

Происхождение водородных связей

Молекулы с этой дополнительной связью:


Примечание: Сплошная линия представляет собой связь в плоскости экрана или бумаги.Пунктирные связи уходят обратно в экран или бумагу от вас, а клиновидные выходят к вам.


Обратите внимание, что в каждой из этих молекул:

  • Водород присоединяется непосредственно к одному из наиболее электроотрицательных элементов, в результате чего водород приобретает значительный положительный заряд.

  • Каждый из элементов, к которым присоединен водород, не только существенно отрицателен, но также имеет по крайней мере одну «активную» неподеленную пару.

    Одинокие пары на двухуровневом уровне содержат электроны, содержащиеся в относительно небольшом объеме пространства, которое, следовательно, имеет высокую плотность отрицательного заряда. Одинокие пары на более высоких уровнях более расплывчаты и не так привлекательны для положительных вещей.


Примечание: Если вас не устраивает электроотрицательность, вам следует перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить.


Рассмотрим две молекулы воды, которые сближаются.

Водород δ + настолько сильно притягивается к неподеленной паре, что это почти как если бы вы начинали образовывать координационную (дательный ковалентный) связь. Это не так далеко, но притяжение значительно сильнее, чем обычное диполь-дипольное взаимодействие.

Водородные связи имеют примерно одну десятую прочности средней ковалентной связи и постоянно разрушаются и преобразовываются в жидкой воде. Если вы уподобите ковалентную связь между кислородом и водородом стабильному браку, водородная связь имеет статус «просто хороших друзей».

Вода как «идеальный» пример водородной связи

Обратите внимание, что каждая молекула воды потенциально может образовывать четыре водородные связи с окружающими молекулами воды. Существует ровно нужное количество атомов водорода δ + и неподеленных пар, так что каждый из них может участвовать в образовании водородных связей.

Вот почему температура кипения воды выше, чем у аммиака или фтороводорода.


Примечание: Более подробное обсуждение влияния водородных связей на свойства воды вы найдете на странице, посвященной молекулярным структурам.


В случае аммиака количество водородных связей ограничено тем фактом, что каждый азот имеет только одну неподеленную пару. В группе молекул аммиака недостаточно неподеленных пар, чтобы удовлетворить все водороды.

Это означает, что в среднем каждая молекула аммиака может образовывать одну водородную связь, используя свою неподеленную пару, и одну, включающую один из ее атомов водорода δ +. Остальные водороды тратятся впустую.

Проблема фтороводорода — нехватка водорода.Таким образом, в среднем каждая молекула может образовывать только одну водородную связь, используя свой δ + водород, и одну, содержащую одну из ее неподеленных пар. Остальные одинокие пары по существу потрачены впустую.

В воде есть ровно нужное количество каждого. Воду можно рассматривать как «идеальную» систему с водородными связями.


Предупреждение: Мне было указано, что некоторые источники (включая одну из экзаменационных комиссий уровня A в Великобритании) подсчитывают количество водородных связей, образованных, скажем, водой, по-разному.Они говорят, что вода образует 2 водородные связи, а не 4. Это часто сопровождается диаграммой льда рядом с этим утверждением, ясно показывающей 4 водородные связи!

Читая, что они говорят, кажется, что они считают водородную связь принадлежащей определенной молекуле, только если она исходит от атома водорода этой молекулы. Мне это кажется нелогичным. Водородная связь состоит из двух частей — водорода δ +, присоединенного к достаточно электроотрицательному элементу, и активной неподеленной пары. Они взаимодействуют, образуя водородную связь, и это по-прежнему водородная связь, независимо от того, с какого конца вы на нее смотрите.

Определения водородной связи ИЮПАК вообще не ссылаются ни на что из этого, поэтому, похоже, нет никакой «официальной» поддержки того или иного варианта.

Однако важно, чтобы вы узнали, чего ожидают ваши экзаменаторы. Они устанавливают правила экзамена, который вы будете сдавать, и у вас нет другого выбора, кроме как играть по этим правилам.


 

Более сложные примеры водородных связей

Водородная связь в спиртах

Спирт — это органическая молекула, содержащая группу -O-H.

Любая молекула, имеющая атом водорода, непосредственно присоединенный к кислороду или азоту, способна образовывать водородные связи. Такие молекулы всегда будут иметь более высокие температуры кипения, чем молекулы аналогичного размера, которые не имеют группы -O-H или -N-H. Водородная связь делает молекулы более «липкими», и для их разделения требуется больше тепла.

Этанол, CH 3 CH 2 -O-H, и метоксиметан, CH 3 -O-CH 3 , оба имеют одинаковую молекулярную формулу, C 2 H 6 O.


Примечание: Если вы еще не занимались органической химией, не беспокойтесь об именах.


У них такое же количество электронов и длина молекулы. Остальные притяжения Ван-дер-Ваальса (как дисперсионные силы, так и диполь-дипольные притяжения) в каждом из них будут примерно такими же.

Однако у этанола есть атом водорода, присоединенный непосредственно к кислороду, и этот кислород по-прежнему имеет точно такие же две неподеленные пары, что и в молекуле воды.Между молекулами этанола может происходить водородная связь, хотя и не так эффективно, как в воде. Водородная связь ограничена тем фактом, что в каждой молекуле этанола есть только один водород с достаточным зарядом δ +.

В метоксиметане неподеленные пары кислорода все еще присутствуют, но атомов водорода недостаточно для образования водородных связей. За исключением некоторых довольно необычных случаев, атом водорода должен быть присоединен непосредственно к самому электроотрицательному элементу, чтобы возникла водородная связь.

Точки кипения этанола и метоксиметана показывают драматическое влияние, которое водородная связь оказывает на липкость молекул этанола:

этанол (с водородной связью) 78,5 ° C
метоксиметан (без водородной связи) -24,8 ° C

Водородная связь в этаноле подняла температуру кипения примерно на 100 ° C.

 

Важно понимать, что водородная связь существует в дополнение к другим достопримечательностям Ван-дер-Ваальса.Например, все следующие молекулы содержат одинаковое количество электронов, а первые две имеют примерно одинаковую длину. Более высокая температура кипения бутан-1-ола обусловлена ​​дополнительной водородной связью.

При сравнении двух спиртов (содержащих группы -ОН), обе точки кипения высоки из-за дополнительных водородных связей из-за водорода, присоединенного непосредственно к кислороду, но это не одно и то же.

Температура кипения 2-метилпропан-1-ола не такая высокая, как у бутан-1-ола, потому что разветвление в молекуле делает ван-дер-ваальсовое притяжение менее эффективным, чем у более длинного бутан-1-ола.

 

Водородная связь в органических молекулах, содержащих азот

Водородная связь также возникает в органических молекулах, содержащих группы N-H, точно так же, как это происходит в аммиаке. Примеры варьируются от простых молекул, таких как CH 3 NH 2 (метиламин), до больших молекул, таких как белки и ДНК.

Две нити знаменитой двойной спирали ДНК удерживаются вместе водородными связями между атомами водорода, присоединенными к азоту на одной нити, и неподеленными парами на другой азоте или кислородом на другой.

 
 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

Чтобы посмотреть на силы Ван-дер-Ваальса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *