Menu Close

Яку будову має молекула води

ГДЗ (відповіді) Хімія 9 клас Ярошенко О.Г., 2017 §6 БУДОВА МОЛЕКУЛИ ВОДИ. ПОНЯТТЯ ПРО ВОДНЕВИЙ ЗВ’ЯЗОК І РОЗЧИННІСТЬ РЕЧОВИН

1. Яку просторову будову має молекула води? Кутову.

Ковалентні полярні зв’язки в молекулі води утворюються за рахунок двох неспарених р-електронів атома Оксигену, що містяться на окремих двох р-орбіталях, та s-електронів атомів Гідрогену. Дві р-орбіталі направлені вздовж осей координат – х, у, розміщені під кутом 90 0 . Ядра атомів Гідрогену позитивно заряджені (однойменні), тому частково відштовхуються і кут збільшується до 104,5 0 .

Як це впливає на утворення воднево го зв’язку й розчинення речовин? З боку атома Оксигену зосереджується негативний заряд δ- , з боку ато мів Гідрогену — позитивний заряд δ+ , обидва атоми Гідрогену розміщені по один бік від ато ма Оксигену, що й зумовлює наявність у молекули води двох електричних полюсів, тому м олекула води є диполем. Диполям молекул води цілком достатньо часткових зарядів, щоб виникла сила притягання між атомом Гідрогену однієї молекули та атомом Окси гену іншої й утворився водневий зв’язок. У воді (полярному розчиннику) добре розчиняються речовини молекулярної будови, що мають полярні молекули, а також речовини йонної будови.

Будовою молекули води (диполь) і здатністю молекул утворювати водневі зв’язки пояснюється механізм розчинення речовин у воді.

2. Поясніть, як утворюється водневий зв’язок між молекулами води. Молекули-диполі води притягуються одна до одної внаслідок електростатичної взаємодії між атомами Гідрогену та Оксигену різних молекул. Таку взаємодію називають водневим зв’язком.

3. Наведіть по два приклади розчинних, малорозчинних і практично нерозчинних у воді речовин — представників різних класів неорганічних сполук.

4. Які фізичні властивості води зумовлені наявністю між її молекулами водневого зв’язку? Аномально висока як для речовин молекулярної будови, температура кипіння, рідкий агрегатний стан за звичайних умов, здатність розчиняти багато речовин .

5. Які ще елементи, окрім Гідрогену, можуть утворювати водневий зв’язок? Оксиген, Нітроген, Флуор.

6. Поясніть, як підвищення тиску впливає на розчинність газів. За підвищення тиску р озчинність газоподібних речовин зростає, бо розчинність прямо пропорційна тиску . Щоб розчинити якомога більше газуватої речовини в певному об’ємі, розчинення слід проводити за підвищеного тиску.

7. Поясніть, як температура впливає на розчинність газів. Розчинність газів з підвищенням температури зменшується. Пояснюється це тим, що нагрівання прискорює рух молекул, унаслідок чого частина з них залишає розчин. Щоб розчинити якомога більше газуватої речовини в певному об’ємі, розчинення слід проводити за зниженої температури.

8. Чому між молекулами води існує водневий зв’язок, а між молекулами гідроген сульфіду — ні? Різною є різниця значення електронегативності елементів VI групи головної підгрупи. В Оксигену електронегативність більша, ніж у Сульфуру. Тому в молекулі води спільні електронні пари сильніше зміщені до Оксигену по рівняно зі зміщенням спільних електронних пар у молекулі гідроген сульфіду. Част кових зарядів, що виникають при цьому, у молекулах води достатньо для утворен ня водневого зв’язку, а в молекулах гідроген сульфіду — ні.

Обов’язкова умова утворення водневого зв’язку — наявність у молекулі атома Гідрогену, сполученого з атомом більш електронегативного елемента (Флуору, Оксигену, Нітрогену).

Застоовуємо

Вправа 26. Зазначте характеристику, за якою укладено такий перелік речовин: натрій карбо нат, кальцій хлорид, хлоридна кислота, калій гідроксид.

А оксигеновмісні речовини

Б речовини з йонним хімічним зв’язком

В добре розчинні у воді речовини

Г речовини, що відрізняються за агрегатним станом

Вправа 27. Користуючись графіками розчинності у воді деяких солей (мал. 11), з’ясуйте, якою є розчинність кожної з речовин за температури +45 0 С.

Розчинність калій сульфату K2SO4 за температури +45 о С 10 г на 100 г води.

Розчинність барій нітрату Ba(NO3)2 за температури +45 о С 10 г на 100 г води.

Розчинність натрій хлориду NaCl за температури +45 о С 44 г на 100 г води.

Розчинність калій хлориду KCl за температури +45 о С 45 г на 100 г води.

Розчинність барій хлориду BaCl за температури +45 о С 50 г на 100 г води.

Розчинність магній сульфату MgSO4 за температури +45 о С 54 г на 100 г води.

Вправа 28. Користуючись малюнком 11, розташуйте назви солей у послідовності збільшення розчинності цих речовин за температури +80 0 С. БГАВ

Вправа 29. Обчисліть масову частку натрій хлориду в його насиченому за температури +20 0 С розчині.

За кривою розчинності визначаємо, що у 100 г води за 20 °С можна розчинити 36 г NaCl, тоді розчин буде насиченим.

Відомо: m(H2O)=100 г, m(NaCl)=36 г. Знайти: ω(NaCl)-?

m(розчину)=m( NaCl )+m(Н2О)=36 г +100 г = 136 г

2. Знаходимо масову частку речовини в розчині за формулою:

ω (речовини) = ( m(речовини)/ m(розчину)) • 100%

ω( NaCl ) = ( m(NaCl)/ m(розчину)) • 100%= (36 г/136 г ) • 100 % =26,5 %.

m(розчину)=m( NaCl )+m(Н2О)=36 г +100 г = 136 г

2. Визначаємо масу розчиненої речовини, що міститься у 100 г розчину, тобто, масову частку. Для цього складаємо пропорцію і розв’язуємо її :

у 136 г розчину розчинено 36 г NaCl, тоді

у 100 г розчину розчиниться х г NaCl.

136 г / 100 г = 36 г / х г, звідси

Відповідь: в насиченому розчині натрій хлориду за температури 20°С масова частка солі становить 26,5%.

Вправа 30. Який тип хімічного зв’язку в молекулі вуглекислого газу? Ковалентний полярний. Чи здатна ця речовина утворювати диполі, якщо у просторі всі атоми в цій молекулі розміщені на одній лінії, тобто валентний кут дорівнює 180 0 ? Відповідь обґрунтуйте. Молекула має симетричну лінійну будову О=С=О, тому не дивлячись на те, що зв’язки С=О полярні, проте внаслідок взаємної компенсації їхніх дипольних елементів молекула СО2 в цілому неполярна, тому не здатна утворювати диполі.

§ 2. Будова молекули води. Водневий зв’язок

вказують на те, що два атоми Гідрогену сполучені з атомом Оксигену простим ковалентним зв’язком.

Який зв’язок називають ковалентним? Яка особливість електронної будови атома зумовлює утворення такого зв’язку з іншим атомом?

Звернемо увагу на будову атомів Гідрогену та Оксигену:

Кожний зв’язок у молекулі води утворений електроном атома Гідрогену та електроном атома Оксигену в р-орбіталі. Два таких електрони атома Оксигену, які беруть участь у цих зв’язках, є неспареними й перебувають у різних орбіталях. Оскільки p-орбіталі розташовані перпендикулярно одна до одної, молекула води має кутову будову 1 . Щоправда, кут між прямими, що з’єднують центри атомів Гідрогену й Оксигену, становить не 90°, а 104,5° (мал. 5):

Мал. 5. Моделі молекули води: а — кулестержнева; б — масштабна

1 Таке пояснення будови молекули води є спрощеним.

Спільні електронні пари в молекулі води зміщені від атомів Гідрогену до більш електронегативного атома Оксигену; зв’язок О-Н є полярним. На атомі Оксигену зосереджений невеликий негативний заряд, а на кожному з двох атомів Гідрогену — позитивний:

Молекула води з боку атома Оксигену заряджена негативно, а з протилежного боку, де перебувають атоми Гідрогену, — позитивно. Таку молекулу називають полярною; вона є диполем 1 , тобто має два різнойменно заряджені полюси. Її умовно зображають еліпсом зі знаками «+» і «-» без зазначення величин зарядів:

1 Термін походить від грецьких префікса di(s) — двічі і слова polos — полюс.

Полярність молекули води істотно впливає на властивості цієї речовини.

Електростатичну взаємодію між молекулами за участю атомів Гідрогену і найбільш електронегативних елементів називають водневим зв’язком.

Водневий зв’язок позначатимемо трьома крапками: Н···О. Цей зв’язок значно слабший за ковалентний. Обов’язкова умова його утворення — наявність у молекулі речовини атома Гідрогену, сполученого з атомом Флуору, Оксигену або Нітрогену.

Водневі зв’язки існують у воді, етиловому спирті, кислотах, білках, а також між молекулами цих речовин і води в розчинах. Щомиті частина водневих зв’язків руйнується, але водночас утворюються нові зв’язки.

У воді кожна молекула сполучена водневими зв’язками із чотирма іншими молекулами (мал. 6). Унаслідок взаємного притягання молекул вода кипить за значно вищої температури, ніж, наприклад, рідкий метан СН4, в якому немає водневих зв’язків. (Про утворення і будову молекул води, водневий зв’язок у воді та льоду можете дізнатися більше за покликаннями в QR-кодах.)

https://youtube.com/watch?v=sBZfPmIcS-E

https://youtube.com/watch?v=moITG5Q7zzI

Мал. 6. Водневі зв’язки молекули води

Водневі зв’язки відіграють важливу роль у живих організмах. Завдяки цим зв’язкам білки набувають певної структури (просторової будови), що надає їм змогу виконувати особливі функції. Водневий зв’язок існує також у нуклеїнових кислотах — сполуках, які «відповідають» за збереження, передавання й відтворення генетичної інформації.

Молекула води містить ковалентні полярні зв’язки О—Н, має кутову форму і є полярною. На атомах Гідрогену молекули води зосереджені невеликі позитивні заряди, а на атомі Оксигену — невеликий негативний заряд.

Молекули води притягуються одна до одної внаслідок електростатичної взаємодії між атомами Гідрогену й Оксигену різних молекул. Таку взаємодію називають водневим зв’язком. Водневі зв’язки існують у сполуках, молекули яких містять, крім атомів Гідрогену, атоми Флуору, Оксигену, Нітрогену.

10. Поясніть, чому молекула води має кутову форму.

11. Чим різняться кулестержнева і масштабна моделі молекули?

12. Що таке водневий зв’язок? Завдяки чому він утворюється між частинками?

13. Спробуйте пояснити істотну відмінність між температурами плавлення льоду (0 °С) і метану (-182,5 °С).

14. Чому, на вашу думку, водневий зв’язок існує в рідкому амоніаку ΝΗ3, але не утворюється в газуватій сполуці?

15. Яким є співвідношення мас елементів у воді?

16. Обчисліть кількості атомів Гідрогену й атомів Оксигену в 1 мг води.