Номер 90, страница 33 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

90. Как изменяется прочность связи в ряду молекул: $HF$, $HCl$, $HBr$, $HI$? Сравнивая энергии связей, объясните, почему $HCl$ является сильной кислотой (в водном растворе полностью распадается на ионы), а $HF$ — слабой кислотой.

Решение

Прочность ковалентной связи в ряду галогеноводородов $HF$, $HCl$, $HBr$, $HI$ определяется в первую очередь длиной этой связи. При движении по группе галогенов сверху вниз (от фтора $F$ к иоду $I$) атомный радиус элементов увеличивается. Это приводит к увеличению межъядерного расстояния в молекулах, то есть к увеличению длины связи в ряду $H-F < H-Cl < H-Br < H-I$. Чем длиннее связь, тем она, как правило, слабее, так как притяжение между ядрами и общей электронной парой ослабевает с увеличением расстояния.

Количественной мерой прочности связи является её энергия диссоциации — энергия, которую необходимо затратить для разрыва связи. Для рассматриваемого ряда молекул она последовательно уменьшается: энергия связи для $HF$ составляет примерно $567 \text{ кДж/моль}$, для $HCl$ – $431 \text{ кДж/моль}$, для $HBr$ – $366 \text{ кДж/моль}$, и для $HI$ – $299 \text{ кДж/моль}$. Таким образом, прочность связи заметно уменьшается в ряду $HF > HCl > HBr > HI$.

Сила кислоты в водном растворе определяется её способностью к диссоциации, то есть к распаду на катион водорода (который в воде образует ион гидроксония $H_3O^+$) и анион кислотного остатка ($X^-$). Этот процесс напрямую зависит от прочности связи $H-X$: чем слабее связь, тем легче она разрывается в полярном растворителе, таком как вода, и тем сильнее кислота.

Сравнивая энергии связей, можно объяснить разницу в силе плавиковой ($HF$) и соляной ($HCl$) кислот. Связь $H-Cl$ с энергией $431 \text{ кДж/моль}$ значительно слабее очень прочной связи $H-F$ с энергией $567 \text{ кДж/моль}$. Из-за этой высокой прочности связи молекула $HF$ с трудом отдает протон, и в водном растворе диссоциирует лишь частично, что делает плавиковую кислоту слабой. Напротив, менее прочная связь в $HCl$ легко разрывается в воде, что приводит к практически полной диссоциации и обуславливает сильные кислотные свойства соляной кислоты.

Ответ:

В ряду $HF \rightarrow HCl \rightarrow HBr \rightarrow HI$ прочность связи уменьшается из-за увеличения длины связи. $HCl$ является сильной кислотой, потому что связь $H-Cl$ относительно слабая ($431 \text{ кДж/моль}$) и легко разрывается в водном растворе, приводя к почти полной диссоциации. $HF$ является слабой кислотой, так как связь $H-F$ очень прочная ($567 \text{ кДж/моль}$), что затрудняет ее диссоциацию в воде.