Question:
Pourquoi le fluorure d'hydrogène a-t-il un point d'ébullition tellement inférieur à celui de l'eau?
Acnologia
2015-08-22 05:07:58 UTC
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$ \ ce {F} $ a plus de paires d'électrons non partagées et est très électronégatif, donc $ \ ce {H} $ d'une autre molécule $ \ ce {HF} $ peut $ \ ce {H} $ - se lier avec elle .

$ \ ce {HF} $ a un point d'ébullition normal de $ \ pu {19,5 ^ oC} $ tandis que $ \ ce {H2O} $, comme vous le savez, a un point d'ébullition normal de $ \ pu { 100 ^ oC} $.

Cinq réponses:
#1
+17
Dissenter
2015-08-22 10:49:09 UTC
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Je pense qu'il existe une variété de façons qualitatives de voir cela:

  1. La plus évidente est peut-être que $ \ ce {H2O} $ peut former un un plus grand nombre de liaisons hydrogène en raison du nombre égal d ' accepteurs et de donneurs de liaisons hydrogène. Chacun des atomes d'hydrogène peut être des accepteurs de liaisons hydrogène; chacune des paires isolées sur l'oxygène peut être des donneurs. Cependant, dans $ \ ce {HF} $ il n'y a qu'un un accepteur de liaison hydrogène et théoriquement trois donneurs de liaisons hydrogène. Ce rapport déséquilibré laisse inévitablement certains accepteurs sans donneur. Imaginez cela comme deux soirées dansantes; un parti a deux hommes et deux femmes mais l'autre a un homme et trois femmes. Évidemment, moins de liens peuvent être formés avec succès dans ce dernier, en supposant que tout est monogame.
  2. Comme mentionné par l'autre affiche, O et F sont des éléments très électronégatifs. F est cependant plus EN que O, ce qui signifie que F stabilise les électrons mieux que O. En conséquence, les électrons localisés sur F sont des donneurs de liaisons hydrogène plus faibles; ils sont déjà assez bien stabilisés. Souvenez-vous que les électrons «veulent» être stabilisés par les noyaux. S'ils sont déjà assez bien stabilisés, ils "ressentiront" moins le besoin d'être associés (et donc stabilisés) avec (par) d'autres noyaux. Cela suggère que la liaison hydrogène présente entre les molécules $ \ ce {HF} $ pourrait être plus faible que les liaisons hydrogène présentes parmi les molécules $ \ ce {H2O} $.

Les résultats expérimentaux sont, bien entendu, l'étalon-or, par opposition au raisonnement qualitatif, et le raisonnement qualitatif ici peut également nous conduire dans la direction opposée; on pourrait dire qu'en ayant trois paires isolées, F a beaucoup à faire, pour ainsi dire; il pourrait très bien stabiliser une seule paire d'électrons, mais trois paires isolées est une épreuve plus grande, et peut-être suffisamment grande pour que les liaisons hydrogène entre les molécules $ \ ce {HF} $ soient plus fortes que celles parmi les molécules d'eau. Encore une fois, tout cela est qualitatif , mais c'est le genre de raisonnement que les professeurs d'introduction à la chimie souhaitent.

Si nous limitons notre réflexion à l'électrostatique, nous pourrions supposer que $ \ ce {HF} $ devrait avoir les liaisons hydrogène les plus fortes car F est plus attirant les électrons et donc l'hydrogène devrait être polarisé plus positivement dans $ \ ce {HF} $ par opposition à l'hydrogène dans l'eau. Cependant, la liaison hydrogène est plus que de l'électrostatique. La liaison hydrogène a en fait un composant covalent; ceci, cependant, est généralement ignoré par les traitements d'introduction de la chimie. L ' angle de liaison des éléments impliqués dans une liaison hydrogène est critique. Plus les éléments impliqués dans une liaison hydrogène sont proches de 180 degrés, plus la liaison est forte (cet angle spécifique est le cas avec la liaison hydrogène dans l'eau; pas nécessairement d'autres molécules). Si la liaison hydrogène était purement électrostatique, ce ne serait pas le cas; les angles n'auraient pas d'importance - seule la distance le ferait.

D'autres questions doivent également être explorées, telles que le nombre de liaisons hydrogène viables et les tendances de don / libération d'électrons des éléments impliqués.

Après avoir parcouru le Web, certains éléments communs " explications "qui n'expliqueraient pas pourquoi l'eau a un point d'ébullition plus élevé que $ \ ce {HF} $ seraient:

  1. l'eau peut se former 4 par molécule alors que HF ne peut en former que 2.

Incorrect car si nous considérons uniquement les liaisons hydrogène comme impliquant la polarité des atomes, comment l'eau peut-elle former quatre liaisons hydrogène par molécule? Il a deux hydrogènes chargés positivement et un oxygène chargé négativement. On dirait qu'il ne devrait former que trois liaisons hydrogène. Il faut comprendre que les paires isolées peuvent chacune être des donneurs de liaisons hydrogène .

Alors, devons-nous accepter le raisonnement qui accompagne l'expérience et ignorer les autres? Eh bien, je pose cette question parce que je me demande quel pourcentage de mon livre de lycée est vrai!
Cela n'enlève rien à votre argument, mais vous avez l'accepteur et le donateur dans le mauvais sens.
@orthocresol Il est connu que HF présente également une liaison hydrogène en phase gazeuse. Cela signifie simplement qu'en passant de la phase liquide à la phase gazeuse, les liaisons hydrogène n'ont pas à être rompues dans le cas de HF alors que dans le cas de l'eau, les liaisons hydrogène doivent être rompues. Cela explique simplement pourquoi le point d'ébullition de l'eau est plus élevé malgré la création de liaisons hydrogène plus fortes par HF. Ce raisonnement est-il faux parce qu'il n'a pas été discuté dans la réponse?
Nous n'avons pas seulement à expliquer pourquoi le point d'ébullition de l'eau est plus élevé que celui de HF, nous devons également expliquer cette «énorme différence» dans leurs points d'ébullition. Les facteurs discutés ci-dessus ne peuvent pas à eux seuls expliquer cela.
L'eau peut former 2 liaisons hydrogène, car l'oxygène a une charge partielle 2δ−, elle attire donc vers les atomes d'hydrogène avec une liaison δ +. Ce que vous avez trouvé sur Internet n'était pas entièrement incorrect, car cela signifiait peut-être que l'eau a 2 liaisons covalentes et peut avoir 2 liaisons hydrogène (4 liaisons).
#2
+4
kiran chillewad
2015-08-22 12:24:05 UTC
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La réponse réside dans la liaison hydrogène.

L'énergie de la liaison hydrogène dépend de l'électronégativité d'un atome hautement électronégatif lié à l'hydrogène. L'électronégativité de l'hydrogène est de 2,2 $, pour l'oxygène, de 3,44 $ et de 4 $ pour le fluor.

La différence d'électronégativité entre $ \ ce {F} $ et $ \ ce {H} $ est de 1,8 $ et entre $ \ ce {O} $ et $ \ ce {H} $ est de 1,24 $. L'énergie de la liaison hydrogène de $ \ ce {HF} $ est $ \ pu {41,83 kJ / mole} $ et celle de $ \ ce {OH} $ est $ \ pu {23 kJ / mole} $.

$ \ ce {HF} $ bond est plus fort que $ \ ce {OH} $ bond. Dans le cas de $ \ ce {H-F} $, il existe une liaison hydrogène même à l'état vapeur, 4 à 7 molécules $ \ ce {HF} $ forment ensemble une unité à l'état vapeur. Cependant, dans le cas de l'eau, il n'y a pas de liaison hydrogène à l'état vapeur; chaque molécule d'eau existe indépendamment.

Donc, pour faire bouillir de l'eau liquide, toutes les liaisons hydrogène doivent être rompues et cela nécessite une grande quantité d'énergie. Ce n'est pas le cas dans $ \ ce {HF} $; toutes les liaisons hydrogène n'ont pas besoin d'être rompues et, par conséquent, une moindre quantité d'énergie est nécessaire. Donc $ \ ce {HF} $ bout à une température bien inférieure à celle de l'eau.

Le fluorure d'hydrogène est connu pour avoir une liaison hydrogène bien plus forte que l'eau; mais, la question demande pourquoi le point de vue apparemment opposé est vrai.
#3
+2
Acnologia
2017-09-16 01:15:12 UTC
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Je pense que nous nous sommes peut-être trop concentrés sur $ \ ce {HF} $ et $ \ ce {H2O} $. Si nous regardons le tableau d'ensemble des points d'ébullition des hydrures des éléments de leurs groupes respectifs, nous pouvons voir que les hydrures du groupe 17 ont vraiment des points d'ébullition inférieurs à ceux des hydrures du groupe 16. Je ne sais toujours pas pourquoi la tendance est de cette façon dans chaque période, mais le chiffre nous dit clairement que:

  • l'écart est plus probablement dû aux différences entre les groupes
  • le concept de liaison H fonctionne toujours de la même manière pour HF; il a vraiment des BP plus élevés que les autres halogénures d'hydrogène

Donc je pense que maintenant la question principale est: pourquoi les chalcogénures d'hydrogène ont-ils des BP plus élevés que les halogénures d'hydrogène (et est en fait, le groupe d'halogénures qui a les BP les plus élevées dans chaque période) ?

(la figure est tirée de http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08. html)

Boiling points of Groups 14, 15, 16, and 17 hydrides

De plus, HF et H2O peuvent tous deux créer le nombre maximum de liaisons H par molécule. HF a trois accepteurs de liaison H (trois paires isolées de F) et un donneur de liaison H (de H de HF) tandis que H2O a 2 accepteurs de liaison H (2 paires isolées de O) et deux donneurs de liaison H (à partir de 2 H de H2O).
#4
+1
blahreport
2015-08-22 09:43:49 UTC
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Le fluor et l'oxygène sont tous deux très électronégatifs. Lorsqu'ils se lient à l'hydrogène, l'hydrogène devient légèrement positif et l'atome électronégatif légèrement négatif. Pour cette raison, l'attraction se produit entre les atomes négatifs et l'hydrogène dans différentes molécules, appelée liaison hydrogène.

Dans l'eau, il y a deux hydrogène faisant plus de dipôles de charge pour des liaisons hydrogène plus fortes et plus nombreuses.

Un autre facteur est la dissociation de l'eau (c'est-à-dire que l'eau liquide est partiellement composée de $ \ ce {H3O +} $ (trois hydrogène et un oxygène, qui est chargé positivement) et de $ \ ce {OH -} $ (un hydrogène et un oxygène, chargés négativement). Cela augmente l'interaction inter-molécule, ce qui augmente le point d'ébullition.

Eh bien, [HF2] -, l'anion bifluorure, existe dans des solutions HF (concentrées). Cela n'aurait-il pas également un effet sur les interactions intermoléculaires? Aussi HF s'ionise définitivement tout comme l'eau et en fait HF s'ionise dans une plus grande mesure que l'eau puisque HF est un acide plus fort que l'eau.
#5
+1
PhysicalChemist
2015-08-27 00:35:17 UTC
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Les forces intermoléculaires (FMI) sont la clé ici. Les FMI sont directement liés au point d'ébullition.

$ \ ce {HF} $ et $ \ ce {H2O} $ ont des liaisons hydrogène ($ \ ce {H} $ attachées à $ \ ce {N} $, $ \ ce {O} $ ou $ \ ce {F} $). Mais $ \ ce {H2O} $ a deux liaisons hydrogène alors que $ \ ce {HF} $ n'en a qu'une . Ainsi, $ \ ce {H2O} $ devrait avoir un point d'ébullition beaucoup plus élevé.

veuillez noter qu'il n'y a exactement aucune liaison hydrogène dans H₂O ou HF


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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