3. Водневий зв’язок (§ 3)

• Назад до змісту

3.1 На схемі крапками позначте, між якими атомами може утворитися водневий зв’язок.

Водневий зв’язок утворюється між електронегативним атомом Оксигену однієї молекули води та атомом Гідрогену сусідньої молекули води.

Схема утворення водневого зв’язку між молекулами води:

$\text{H}-\text{O}-\text{H} \ \cdots \ \text{H}-\text{O}-\text{H}$

В електронній формі:

$\text{H}:\underset{\ddot{\text{H}}}{\ddot{\text{O}}} \ \cdots \ \text{H}:\underset{\ddot{\text{H}}}{\ddot{\text{O}}}$

[!NOTE]
Промпт для створення зображення:
Educational diagram showing hydrogen bond formation between water molecules with dot electron formulas, highlighting dotted lines as hydrogen bonds between Oxygen and Hydrogen atoms, with labels in Ukrainian language: “Водневий зв’язок між молекулами води”

3.2 За зразком завдання 3.1 зобразіть (схематично) утворення водневого зв’язку між молекулами: а) води й амоніаку; б) води й гідроген фториду.

а) Схема утворення водневого зв’язку між молекулами води та амоніаку ($\text{H}_2\text{O}$ та $\text{NH}_3$):

$\text{H}-\text{O}-\text{H} \ \cdots \ \text{N}\text{H}_3$

(Водневий зв’язок виникає між атомом Гідрогену молекули води та атомом Нітрогену молекули амоніаку).

б) Схема утворення водневого зв’язку між молекулами води та гідроген фториду ($\text{H}_2\text{O}$ та $\text{HF}$):

$\text{F}-\text{H} \ \cdots \ \text{O}\text{H}_2$

(Водневий зв’язок виникає між атомом Гідрогену молекули $\text{HF}$ та атомом Оксигену молекули води).

[!NOTE]
Промпт для створення зображення:
Educational diagram showing schematic representation of hydrogen bonding between water and ammonia molecules, and between water and hydrogen fluoride molecules, with text labels in Ukrainian language: “а) Водневий зв’язок між водою та амоніаком”, “б) Водневий зв’язок між водою та гідроген фторидом”

3.3 Схарактеризуйте вплив водневих зв’язків на фізичні властивості води.

3.4 Проаналізуйте графіки та схарактеризуйте вплив водневих зв’язків на фізичні властивості речовин.

1) Поясніть, що спільного й відмінного між речовинами на кожному графіку.

Спільне:
Обидва графіки висвітлюють залежність температури кипіння бінарних сполук Гідрогену від їхньої відносної молекулярної маси ($M_r$) для елементів VIIA (галогени) та VIA (халькогени) груп. У рядах аналогів ($\text{HCl} \rightarrow \text{HBr} \rightarrow \text{HI}$ та $\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{H}_2\text{Se} \rightarrow \text{H}_2\text{Te}$) спостерігається чітка закономірність: зі зростанням молекулярної маси температура кипіння підвищується, що пояснюється посиленням ван-дер-ваальсових міжмолекулярних сил притягання.

Відмінне:
Перші члени обох гомологічних рядів — гідроген фторид ($\text{HF}$) та вода ($\text{H}_2\text{O}$) — випадають із загальної закономірності. Незважаючи на найменші молекулярні маси у своїх групах ($M_r(\text{HF}) = 20$, $M_r(\text{H}_2\text{O}) = 18$), вони мають аномально високі температури кипіння ($+19{,}5\ ^\circ\text{C}$ для $\text{HF}$ та $+100\ ^\circ\text{C}$ для $\text{H}_2\text{O}$). Це пояснюється тим, що висока електронегативність та малий радіус атомів Флуору й Оксигену зумовлюють утворення між їхніми молекулами міцних міжмолекулярних водневих зв’язків. Решта сполук ($\text{HCl}$, $\text{HBr}$, $\text{HI}$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{H}_2\text{Se}$, $\text{H}_2\text{Te}$) водневих зв’язків між власними молекулами практично не утворюють.

2) Зобразіть схеми утворення водневих зв’язків молекулами цих сполук (між собою та з молекулами води).

Схеми утворення водневих зв’язків між однаковими молекулами:

• Гідроген фторид ($\text{HF}$): $\text{F}-\text{H} \ \cdots \ \text{F}-\text{H} \ \cdots \ \text{F}-\text{H}$
• Вода ($\text{H}_2\text{O}$): $\text{H}-\text{O}-\text{H} \ \cdots \ \text{O}(\text{H})-\text{H}$
• Сполуки $\text{HCl}, \text{HBr}, \text{HI}, \text{H}_2\text{S}, \text{H}_2\text{Se}, \text{H}_2\text{Te}$: між власнішими молекулами водневі зв’язки не утворюються через недостатню електронегативність та більший атомний радіус галогенів і халькогенів.

Схеми утворення водневих зв’язків із молекулами води ($\text{H}_2\text{O}$):

• Молекули $\text{HF}$ з водою: $\text{F}-\text{H} \ \cdots \ \text{O}\text{H}_2$ та $\text{H}_2\text{O} \ \cdots \ \text{H}-\text{F}$
• Молекули $\text{HCl}$ з водою: $\text{Cl}-\text{H} \ \cdots \ \text{O}\text{H}_2$
• Молекули $\text{H}_2\text{S}$ з водою: $\text{S}-\text{H} \ \cdots \ \text{O}\text{H}_2$ та $\text{H}_2\text{O} \ \cdots \ \text{H}-\text{S}-\text{H}$

[!NOTE]
Промпт для створення зображення:
Educational chemistry diagram showing hydrogen bonding schemes between HF molecules, H2O molecules, and between HF, HCl, H2S molecules and water molecules, with explanatory labels in Ukrainian language: “Схема утворення водневих зв’язків”