Номер 451, страница 68 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

451. Как зависит сила межмолекулярного взаимодействия от полярности молекул?

Решение

Сила межмолекулярного взаимодействия, также известного как силы Ван-дер-Ваальса, напрямую зависит от полярности молекул. Полярность молекулы определяется наличием у нее постоянного дипольного момента, который возникает из-за неравномерного распределения электронной плотности. Это, в свою очередь, связано с разницей в электроотрицательности атомов, образующих молекулу, и ее пространственной структурой.

Можно выделить несколько типов межмолекулярных взаимодействий, сила которых коррелирует с полярностью:

1. Дисперсионные силы (силы Лондона). Это наиболее универсальный, но и самый слабый тип взаимодействия. Он присутствует между любыми молекулами, как полярными, так и неполярными. Эти силы возникают из-за мгновенных флуктуаций электронной плотности, которые создают кратковременные (мгновенные) диполи. Такой мгновенный диполь может индуцировать диполь в соседней молекуле, что приводит к слабому притяжению. Для неполярных молекул (например, $CH_4$, $O_2$, $N_2$) дисперсионные силы являются единственным типом межмолекулярного притяжения. Их сила растет с увеличением размера и массы молекулы (т.е. с увеличением числа электронов).

2. Диполь-дипольное взаимодействие. Этот тип взаимодействия существует между полярными молекулами, обладающими постоянным дипольным моментом (например, $HCl$, $SO_2$). Положительно заряженный конец одной молекулы (обозначается как $\delta^+$) притягивается к отрицательно заряженному концу ($\delta^-$) другой. Эти силы сильнее дисперсионных сил для молекул сопоставимого размера и массы. Таким образом, вещества, состоящие из полярных молекул, как правило, имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем неполярные вещества с близкой молярной массой.

3. Водородная связь. Это особый, наиболее сильный вид диполь-дипольного взаимодействия. Она возникает между молекулами, в которых атом водорода ($H$) ковалентно связан с очень электроотрицательным атомом — как правило, фтором ($F$), кислородом ($O$) или азотом ($N$). Из-за сильного смещения электронной плотности на атоме водорода возникает значительный частичный положительный заряд ($\delta^+$). Этот "оголенный" протон сильно притягивается к неподеленной электронной паре электроотрицательного атома соседней молекулы. Вещества с водородными связями (например, вода $H_2O$, аммиак $NH_3$, плавиковая кислота $HF$) обладают аномально высокими температурами кипения и другими специфическими свойствами.

Таким образом, можно установить прямую зависимость: чем выше полярность молекулы, тем сильнее межмолекулярные силы, действующие между ними. Силы возрастают в следующем порядке: дисперсионные силы < диполь-дипольные взаимодействия < водородные связи.

Ответ: Сила межмолекулярного взаимодействия напрямую зависит от полярности молекул: чем выше полярность, тем сильнее взаимодействие. У неполярных молекул действуют самые слабые (дисперсионные) силы, у полярных — более сильные диполь-дипольные взаимодействия, а у сильно полярных молекул с атомами водорода, связанными с фтором, кислородом или азотом, возникают самые прочные из межмолекулярных взаимодействий — водородные связи.