Nuestro team especializado pasados algunos días de trabajo y de juntar de datos, encontramos la solución, deseamos que todo este artículo sea de utilidad para tu plan.
Solución:
Solución 1:
Creo que hay una variedad de cualitativo formas de ver esto:
- Quizás la más obvia es que $ceH2O$ puede formar una mayor cantidad de enlaces de hidrógeno debido a que tiene la misma cantidad de enlaces de hidrógeno aceptantes y donantes. Cada uno de los átomos de hidrógeno puede ser aceptor de enlaces de hidrógeno; cada uno de los pares solitarios en el oxígeno puede ser donante. Sin embargo, en $ceHF$ solo hay uno aceptor de enlaces de hidrógeno y teóricamente Tres donantes de enlaces de hidrógeno. Esta proporción desequilibrada inevitablemente deja a algunos aceptantes sin donante. Imagina esto como dos fiestas de baile; una parte tiene dos hombres y dos mujeres pero la otra tiene un hombre y tres mujeres. Obviamente se pueden formar menos lazos con éxito en este último, asumiendo que todo es monógamo.
- Como menciona el otro cartel, tanto O como F son elementos muy electronegativos. Sin embargo, F es más EN que O, lo que significa que F estabiliza los electrones mejor que O. Como resultado, los electrones localizados en F son donantes de enlaces de hidrógeno más débiles; ya están bastante bien estabilizados. Recuerde, los electrones “quieren” ser estabilizados por núcleos. Si ya están bastante bien estabilizados, entonces “sentirán” menos necesidad de estar asociados (y por lo tanto estabilizados) con (por) otros núcleos. Esto sugiere que los enlaces de hidrógeno presentes entre las moléculas $ceHF$ podría ser más débil que los enlaces de hidrógeno presentes entre las moléculas de $ceH2O$.
Los resultados experimentales son el estándar de oro, por supuesto, en oposición al razonamiento cualitativo, y aquí el razonamiento cualitativo también puede llevarnos en la dirección opuesta; uno podría argumentar que al tener Tres pares solitarios, F tiene mucho en su plato, por así decirlo; podría ser capaz de estabilizar muy bien un par solitario de electrones, pero tres pares solitarios es una prueba más grande, y tal vez lo suficientemente grande como para que los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de $ceHF$ sean más fuertes que entre las moléculas de agua. De nuevo, esto es todo cualitativopero este es el tipo de razonamiento que desean los profesores de química introductoria.
Si Si limitamos nuestro pensamiento solo a la electrostática, entonces podríamos suponer que $ceHF$ debería tener los enlaces de hidrógeno más fuertes porque F atrae más electrones y, por lo tanto, el hidrógeno debería estar más polarizado positivamente en $ceHF$ en lugar de hidrógeno en agua. Sin embargo, el enlace de hidrógeno es más que solo electrostática. El enlace de hidrógeno en realidad tiene un componente covalente; esto, sin embargo, generalmente se ignora en los tratamientos introductorios de química. Él ángulo de enlace de elementos involucrados en un enlace de hidrógeno es crítico. Cuanto más cerca estén los elementos involucrados en un enlace de hidrógeno a 180 grados, más fuerte será el enlace (este ángulo específico es el caso del enlace de hidrógeno en el agua, no necesariamente otras moléculas). Si los enlaces de hidrógeno fueran puramente electrostáticos, este no sería el caso; los ángulos no importarían, solo la distancia lo haría.
También se deben explorar otros temas, como el número de enlaces de hidrógeno viables y las tendencias de donación/liberación de electrones de los elementos involucrados.
Después de buscar en la web algunas “explicaciones” comunes que no lo haría Explique por qué el agua tiene un punto de ebullición más alto que $ceHF$ sería:
-
el agua puede formar 4 por molécula mientras que el HF solo puede formar 2.
Incorrecto porque si solo consideramos que los enlaces de hidrógeno involucran la polaridad de los átomos, ¿cómo puede el agua formar cuatro enlaces de hidrógeno por molécula? Tiene dos hidrógenos cargados positivamente y un oxígeno cargado negativamente. Parece que solo debería formar tres enlaces de hidrógeno. Uno debe entender que los pares solitarios pueden ser enlaces de hidrógeno donantes.
Solución 2:
La respuesta está en los enlaces de hidrógeno.
La energía del enlace de hidrógeno depende de la electronegatividad de un átomo altamente electronegativo que está unido al hidrógeno. La electronegatividad del hidrógeno es de $2,2$, la del oxígeno es de $3,44$ y la del flúor es de $4$.
La diferencia de electronegatividad entre $ceF$ y $ceH$ es de $1,8$ y entre $ceO$ y $ceH$ es de $1,24$. La energía del enlace de hidrógeno de $ceHF$ es $pu41,83 kJ/mol$ y la de $ceOH$ es $pu23 kJ/mol$.
El enlace $ceHF$ es más fuerte en comparación con el enlace $ceOH$. En el caso de $ceHF$, existen enlaces de hidrógeno incluso en estado de vapor, de 4 a 7 moléculas de $ceHF$ juntas forman una unidad en estado de vapor. Sin embargo, en el caso del agua, no hay enlaces de hidrógeno en estado de vapor; cada molécula de agua existe de forma independiente.
Entonces, para hervir agua líquida, se deben romper todos los enlaces de hidrógeno y se requiere una gran cantidad de energía. Este no es el caso en $ceHF$; no es necesario que se rompan todos los enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, se requiere una cantidad menor de energía. Entonces $ceHF$ hierve a una temperatura mucho más baja en comparación con el agua.
Solución 3:
Tanto el fluoruro como el oxígeno son muy electronegativos. Cuando se unen con hidrógeno, el hidrógeno se vuelve ligeramente positivo y el átomo electronegativo ligeramente negativo. Debido a esto, se produce atracción entre los átomos negativos y el hidrógeno en diferentes moléculas, lo que se denomina enlace de hidrógeno.
En el agua hay dos hidrógenos que forman más dipolos de carga para enlaces de hidrógeno más fuertes y más numerosos.
Otro factor es que el agua se disocia (es decir, el agua líquida está parcialmente compuesta de $ceH3O+$ (tres hidrógenos y un oxígeno, que tiene carga positiva) y algo de $ceOH-$ (un hidrógeno y un oxígeno, cargada negativamente) Esto aumenta la interacción entre moléculas, haciendo que el punto de ebullición sea más alto.
Solución 4:
Creo que es posible que nos hayamos centrado demasiado en $ceHF$ y $ceH2O$. Si observamos el panorama general de los puntos de ebullición de los hidruros de los elementos de sus respectivos grupos, podemos ver que los hidruros del grupo 17 realmente tienen puntos de ebullición más bajos que los del grupo 16. Todavía no sé por qué la tendencia es así dentro de cada período, pero la figura definitivamente nos dice que:
- la desviación se debe más probablemente a las diferencias entre los grupos
- el concepto de H-bond todavía funciona de la misma manera para HF; realmente tiene BP más altos que los otros haluros de hidrógeno
Así que creo que ahora la pregunta principal es: ¿Por qué los calcogenuros de hidrógeno tienen BP más altos que los haluros de hidrógeno? (y es en realidad el grupo de haluros que tienen los BP más altos en cada período)?
(la figura es de http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08.html)
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