Номер 861, страница 140 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

861. Из галогеноводородов только фтороводород при н. у. находится в жидком агрегатном состоянии. Чем можно объяснить этот факт?

Решение

Тот факт, что из всех галогеноводородов только фтороводород ($HF$) при нормальных условиях (н. у. — температура $0^\circ C$ и давление $1$ атм) находится в жидком состоянии, объясняется наличием между его молекулами особого вида межмолекулярного взаимодействия — водородных связей.

Водородная связь — это сильное электростатическое притяжение между атомом водорода одной молекулы, связанным с сильно электроотрицательным атомом (таким как фтор, кислород или азот), и электроотрицательным атомом другой молекулы.

В случае фтороводорода ($HF$) действуют два ключевых фактора:

1.Очень высокая полярность связи $H-F$. Атом фтора является самым электроотрицательным элементом. Он сильно стягивает на себя общую электронную пару, в результате чего на нем образуется значительный частичный отрицательный заряд ($F^{\delta-}$), а на атоме водорода — такой же по величине частичный положительный заряд ($H^{\delta+}$).

2.Малый размер атомов. Малые размеры атомов водорода и фтора позволяют молекулам сближаться на очень короткие расстояния.

Сочетание этих факторов приводит к образованию прочных водородных связей между молекулами $HF$, которые ассоциируются в длинные зигзагообразные цепи $(HF)_n$. Схематически это можно изобразить так: $ \cdots H-F \cdots H-F \cdots H-F \cdots $.

В других галогеноводородах ($HCl$, $HBr$, $HI$) электроотрицательность галогена ниже, а его радиус больше. Поэтому полярность связи слабее, и условия для образования прочных водородных связей не выполняются. Основными силами межмолекулярного взаимодействия для них являются значительно более слабые диполь-дипольные и дисперсионные силы.

Чтобы перевести вещество из жидкого состояния в газообразное (то есть довести до кипения), необходимо затратить энергию на преодоление сил межмолекулярного притяжения. Так как водородные связи в $HF$ намного прочнее, чем межмолекулярные силы в $HCl$, $HBr$ и $HI$, для их разрыва требуется гораздо больше энергии. Это и обуславливает аномально высокую температуру кипения фтороводорода ($+19.5^\circ C$). Для сравнения, температуры кипения других галогеноводородов: $HCl$ ($-85^\circ C$), $HBr$ ($-67^\circ C$), $HI$ ($-35^\circ C$).

Поскольку температура нормальных условий ($0^\circ C$) выше температур кипения $HCl$, $HBr$ и $HI$, они являются газами. В то же время, $0^\circ C$ находится ниже температуры кипения $HF$, поэтому он при этих условиях является жидкостью.

Ответ: Жидкое агрегатное состояние фтороводорода при нормальных условиях объясняется наличием между его молекулами прочных межмолекулярных водородных связей. Эти связи возникают из-за высокой электроотрицательности и малого размера атома фтора, что приводит к аномально высокой температуре кипения $HF$ по сравнению с другими галогеноводородами.