Задания к разделу 3.1

Проанализируйте влияние сил межмолекулярного взаимодействия на свойства веществ (решите задачу с указанным номером).

Задачи к разделу 3.1.

1. Чем отличается взаимодействие между атомами или молекулами за счет вандерваальсовых сил от химического взаимодействия?

2. За счет, каких связей может осуществиться взаимодействие между молекулами:

а) Н₂ и О₂; H₂ и Н₂О;

б) NF₃ и BF₃; HCl и HCl;

г) HF и HF N₂и N₂?

3. Определите, для какого из перечисленных веществ характерна наибольшая энергия ориентационного и дисперсионного взаимодействия:

Свойство	He	Ar	CO	HCl	NH₃	H₂O
Дипольный момент, μ, Д			0,12	1,03	1,5	1,84
поляризуемость,А⁰	0,20	1,63	1,99	2,63	2,21	1,48

4. Чем объяснить близость температур кипения азота (-195,8°С), кислорода (-183⁰, С) и фтора (-187,9° С)?

Почему намного отличается от них температура кипения хлора (-34°С)?

5.Можно ли образование водородных связей между молекулами рассматривать как результат ориентационного взаимодействия сильнополярных молекул?

6.Между молекулами, каких веществ могут образовываться водородные связи: HF, HI, H₂O, H₂Te, NH₃, PH₃, CH₄, SiH₄?

7.Объясните различие во вкладе отдельных видов межмолекулярного взаимодействия в общую энергию этого взаимодействия для приведенных веществ. Проанализируйте зависимость температуры кипения этих веществ от энергии их межмолекулярного взаимодействия

Молекулы	Энергия межмолекулярного взаимодействия, ккал/моль	Т.кип.,К
Ориентации-онное	Индукции-онное	Дисперси-онное	общая
Аr			2,03	2,03
СО			2,09	2,09
HCl	0,79	0,24	4,02	5,05
NH₃	3,18	0,37	3,52	7,07
H₂O	8,69	0,46	2,15	11,30

8. Чем объяснить разную энергию водородных связей, образуемых молекулами различных веществ? Сравните:

Связь: F - H...F- О - Н...О- N - H...N- O - H...N-

Е, ккал/молъ: 6-8 3-7 3-5 4-7

9. Какие из перечисленных явлений можно объяснить формированием прочной водородной связи: 1) кальций взаимодействует с водородом с образованием гидрида кальция; 2) реакция хлора с водородом имеет цепной характер; 3)температура кипения Н₂О выше, чем Н₂S; 4) температура кипения C₇H₁₆ выше, чем C₃H₈? Дайте обоснованный ответ.

10.Объясните причину различия межъядерных расстояний водород-кислород в решетке льда (1 и 1,5А⁰) и в димере уксусной кислоты (1 и 2,76А).

11.Объясните закономерности в изменении температур плавления простых веществ: а) в ряду галогенов; б) в ряду простых веществ, образуемых элементами II периода?

12. Как и почему изменяются температуры плавления и кипения в ряду инертных газов? Какое вещество и почему имеет самую низкую температуру кипения и плавления?

13. Объясните, почему температура плавления Н₂О значительно выше температуры плавления HF (-83°С), хотя дипольный момент молекулы Н₂О (1,84 Д)меньше, чем молекулы HF (1,91 Д)

14. Проанализируйте влияние межмолекулярной водородной связи на температуру кипения:

а) гидридов р-элементов V группы ;

б) гидридов р-элементов VI группы;

в) гидридов р-элементов VII группы .

15. Почему происходит резкий скачок в температурах кипения при переходе от галогенида Ш группы к галогениду IV группы:

NaF; MgF₂; AlF₃; SiF₄; PF₅; SF₆

Т.кип.,°С 1700 2260 1257 - 95 -85 -64

16. Чем вызвано увеличение Т кип. и теплоты испарения (ΔН_испар) с ростом порядкового номера элемента - благородного газа?

Не Ne Аг Кг Xe Rn

Т.кип.,К: 4,2 27 87 120 165 211

ΔН_испар,ккал/моль: 0,02 0,43 1,56 2,16 3,02 4,01

17. Температуры кипения указанных веществ возрастают монотонно. Объясните это явление.

а) ВF₃ BCI₃ ВВг₃

Т. кип,К: 172 286 364

б) NF₃ PF₃ AsF₃

Т.кип.,K: I44 178 336 .

18. Чем объяснить уменьшение Т.пл. в ряду: Sb – Te - I - Хе соответственно: 631; 450; 113; - 111⁰С?

Как изменяется характер химической связи в твердых веществах в этом ряду?

19. Объясните близость физических констант СО и N₂и значительное отличие свойств Ne:

СО N₂ Ne

ΔН_испар, ккал/моль: 1,44 1,34 0,43

Т.кип., К: 81,7 77,4 27

20. В каких веществах наблюдаются вандерваальсовы силы взаимодействия?

Какие межмолекулярные взаимодействия возникают в веществах:

Не CO₂SiO₂ CH₄H₂O Br₂ NaCl

Т.пл., К: 3,3 - 2000 89 273 267 1073

Т.кип.,К: 4,2 194 2500 111 373 332 1690

21. Проанализируйте справочные значения температур кипения: СН₄, СН₃С1, СН₂С1₂, СНС1₃, СС1₄

Сделайте выводы.

22.Какое вещество имеет более высокие температуры кипения и плавления:

а) HCOCH₃; б) CH₃COOH; в) С₂Н_2.Дайте объяснения.

23. У какого соединения С₂Н₅ОН или C₂H₅SH выше температура кипения? Почему? Подтвердите свои выводы справочными данными.

24. Объясните причину того, что Н₂О₂ кипит при значительно более высокой температуре (150° С) по сравнению с водой, хотя их температуры плавления близки (0 и -0,46°С)?

25. Проанализируйте справочные значения температур кипения для веществ: C₃H₈; CH₃COCH₃; C₂H₅COOH. Сделайте выводы.

Методические указания к выполнению задания 3.1

При решении задач задания 3.1 следует учесть, какого типа взаимодействия возникают между структурными частицами вещества и от каких факторов зависит энергия межмолекулярного взаимодействия (см. таблицу 9).

Силы межмолекулярного взаимодействия слабее сил, приводящих к образованию ковалентной связи, но проявляются они на больших расстояниях.

Кроме того, дисперсионное, взаимодействие является универсальным для всех веществ; силы Ван-дер-Ваальсавозрастают с увеличением молекулярной массы соединений.

Таблица 9.Типы межмолекулярного взаимодействия.

№	Типы межмоле-кулярного взаи-модействия назва-ние	Взаимодейству-ющие частицы	Зависимость энер-гии взаимомодей-ствия частицы от расстояния	Примеры веществ
	Ион-ионное	Катион - анион	Е~Z₁Z₂/R²	Ионные твер-дые кристалл-ллы, расплавы ионных веще-ств: NaCl.
	Ион-дипольное	Ион - полярная молекула	Е~z μ/R²	Растворы ион-ных веществ в полярных рас-творителях: NaCI в воде; КОН в спирте
	Ион-индуцированный диполь	Ион - неполярная молекула	Е~z² α/R⁴	Растворы ион-ных веществ в неполярных растворителях
	Диполь-дипольное (ори-ентационное)	полярная полярная молекула - молекула	е~μ₁μ₂/R⁶	Вещества из полярных мо-лекул: НС1; растворы по-лярных веще-ств в поляр-ных раствори-телях: ацетон в воде
	Диполь-инду-цированный диполь (ин-дукциионное)	полярная неполярная молекула - молекула	Е~μ²α/R⁶	Растворы не-полярных ве-ществ в поля-рных раство-рителях и, на-оборот, бен-зол в воде; вода в СС1₄
	Дисперсионное (Лондоновское)	неполярная неполярная молекула - молекула	Е~α₁α₂/R⁶	Универсаль-ное, проявля-ется во всех молекулярных веществах: уг-леводороды, спирты НС1, 1₂…