Giải Hóa 10 Bài 13 (Kết nối tri thức): Liên kết hydrogen và tương tác Van der waals

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 13: Liên kết hydrogen và tương tác Van der waals

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 13: Liên kết hydrogen và tương tác Van der waals

Mở đầu trang 64 Hóa học 10: Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của H₂O là 100^oC, CH₄ là -161,58^oC, H₂S là -60,28^oC. Vì sao các chất trên có nhiệt độ sôi khác nhau?

Lời giải:

Em cần nhớ:

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một chất phụ thuộc chính vào hai yếu tố: Khối lượng phân tử và liên kết giữa các phân tử

+ Khối lượng phân tử càng lớn nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi càng cao.

+ Liên kết giữa các phân tử càng mạnh thì nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi càng cao.

Ta có:

- Các phân tử H₂O tạo được liên kết hydrogen với nhau do trong phân tử liên kết O-H phân cực mạnh, nguyên tử O còn cặp electron chưa liên kết.

- Các phân tử H₂S và CH₄ không tạo được liên kết hydrogen với nhau.

⇒ Nhiệt độ sôi của H₂O lớn hơn nhiều so với H₂S và CH₄.

- Khối lượng phân tử H₂S (34 amu) lớn gần gấp đôi khối lượng phân tử của CH₄ (16 amu).

- Liên kết S-H phân cực hơn liên kết C-H nên tương tác van der Waals giữa các phân tử H₂S mạnh hơn tương tác van der Waals giữa các phân tử CH₄.

⇒ Nhiệt độ sôi của H₂S hớn hơn nhiệt độ sôi của CH₄.

II. Liên kết hydrogen

Câu hỏi 1 trang 66 Hóa học 10: Vẽ sơ đồ biểu diễn liên kết hydrogen giữa:

a) hai phân tử hydrogen fluoride (HF).

b) phân tử hydrogen fluoride (HF) và phân tử ammonia (NH₃).

Lời giải:

a)

b)

Câu hỏi 2 trang 66 Hóa học 10: Những nguyên tử hydrogen nào trong phân tử ethanol (CH₃CH₂OH) không tham gia vào liên kết hydrogen? Vì sao?

Lời giải:

Những nguyên tử H không gắn nguyên tử O thì không tham gia vào liên kết hydrogen.

Vì để tham gia vào liên kết hydrogen, nguyên tử hydrogen phải liên kết với các nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O, N, … và các nguyên tử tử này phải có ít nhất 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Trong phân tử ethanol chỉ có nguyên tử O còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

⇒ Chỉ có nguyên tử H gắn vào O trong ethanol tham gia vào liên kết hydrogen.

III. Tương tác Van der waals

Câu hỏi 3 trang 67 Hóa học 10: Hãy giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của butane và isobutane.

Lời giải:

Butane và isobutane là hợp chất cộng hóa trị không phân cực và có cùng công thức phân tử là C₄H₁₀. Tuy nhiên diện tích tiếp xúc của các phân tử butane lớn hơn dẫn đến tương tác van der Waals lớn hơn so với các phân tử isobutane.

⇒ Năng lượng cần để phá vỡ lực liên phân tử (tương tác van der Waals) giữa các phân tử butane nhiều hơn isobutane nên có nhiệt độ sôi cao hơn.

Em có thể trang 67 Hóa học 10: So sánh được tính chất vật lí giữa các phân tử dựa vào liên kết hydrogen và tương tác van der Waals.

Lời giải:

Để so sánh được tính chất vật lí giữa các phân tử, chúng ta cần nắm được những ý sau:

- Liên kết hydrogen được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

- Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước.

- Tương tác van der Waals là tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực được hình thành giữa các phân tử hay nguyên tử.

- Tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất.

I. Mở đầu

Các tính chất vật lí của các chất có liên kết cộng hóa trị được quyết định bởi lực tương tác giữa các phân tử, hình dạng của phân tử và mức độ phân cực của liên kết cộng hóa trị trong phân tử.

Lực tương tác giữa các phân tử yếu hơn rất nhiều so với lực liên kết ion, liên kết cộng hóa trị hay liên kết kim loại. Một số tương tác điển hình giữa các phân tử là liên kết hydrogen và tương tác van der Waals (Van đơ Van).

II. Liên kết hydrogen

1. Bản chất của liên kết hydrogen

Liên kết hydrogen được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Ví dụ:

Một số kiểu tạo thành liên kết hydrogen:

Chú ý:

- Điều kiện cần và đủ để tạo thành liên kết hydrogen:

+ Nguyên tử hydrogen liên kết với các nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O, N …

+ Nguyên tử F, O, N, … liên kết với hydrogen phải có ít nhất một cặp electron hóa trị chưa liên kết.

2. Vai trò và ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước

Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của nước.

Ví dụ: Do ảnh hưởng của liên kết hydrogen nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của H₂O cao hơn nhiều so với H_2­S và CH₄.

III. Tương tác van der Waals

1. Khái niệm tương tác van der Waals

Tương tác van der Waals là tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực giữa các nguyên tử hay phân tử.

Ví dụ:

Các khí hiếm như neon, argon, … tồn tại dưới dạng các nguyên tử độc lập. Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp, khí hiếm có thể hóa lỏng. Như vậy, ở nhiệt độ thấp, giữa các nguyên tử khí hiếm tồn tại một tương tác yếu để giữ các nguyên tử khí hiếm lại với nhau trong trạng thái lỏng. Tương tác đó cũng là tương tác van der Waals.

2. Ảnh hưởng của tương tác van der Waals đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất

Tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất.

Ví dụ 1: Trong dãy halogen, tương tác van der Waals tăng theo sự tăng của số electron (và proton) trong phân tử, làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.

Ví dụ 2: Pentane là hydrocarbon no có công thức C₅H₁₂. Đồng phân mạch không phân nhánh pentane có nhiệt độ sôi (36^oC) cao hơn so với đồng phân mạch nhánh neopentane (9,5^oC) do diện tích tiếp xúc giữa các phân tử pentane lớn hơn nhiều so với neopentane.