Как объяснить аномально высокую температуру кипения воды по сравнению с ее аналогами- водородными соединениями серы, селена и теллура?

Аномально высокая температура кипения воды ( $H_{2}O$) по сравнению с гидридами элементов VI группы главной подгруппы ( $H_{2}S$, $H_{2}Se$, $H_{2}Te$) объясняется специфическим типом межмолекулярного взаимодействия — водородными связями. Сравнение физических свойств В нормальных условиях $H_{2}S$, $H_{2}Se$ и $H_{2}Te$ являются газами, в то время как $H_{2}O$ — жидкость. Если бы вода следовала общей закономерности для этой группы, её температура кипения должна была бы составлять примерно −80°C...−100°C. Однако на практике она кипит при +100°C.

Причины аномалии 1. Электроотрицательность и полярность связи Кислород обладает значительно более высокой электроотрицательностью ( $3.44$ по Полингу) по сравнению с серой ( $2.58$), селеном ( $2.55$) и теллуром ( $2.1$). В молекуле воды связь $O-H$ сильно поляризована: на атоме кислорода концентрируется значительный частичный отрицательный заряд ( ${\delta }^{-}$), а на атомах водорода — положительный ( ${\delta }^{+}$). 2. Образование водородных связей Малый радиус атома кислорода и его высокая электроотрицательность позволяют положительно заряженному водороду одной молекулы воды притягиваться к неподеленной электронной паре кислорода соседней молекулы.

• В жидкой воде каждая молекула может образовывать до четырех водородных связей.
• У $H_{2}S$ и последующих гидридов электроотрицательность центрального атома недостаточно велика, а его радиус слишком велик для создания прочных водородных связей.

3. Энергия межмолекулярного взаимодействия Для того чтобы перевести вещество из жидкого состояния в газообразное, необходимо затратить энергию на разрыв межмолекулярных связей.

• В случае с $H_{2}S$, $H_{2}Se$ и $H_{2}Te$ действуют только слабые силы Ван-дер-Ваальса, которые закономерно растут вместе с увеличением молекулярной массы. В воде же суммарная энергия водородных связей намного превосходит ван-дер-ваальсовы силы. Требуется огромное количество дополнительной тепловой энергии, чтобы разрушить эту "сетку" из ассоциатов молекул.

Заключение Аномалия вызвана тем, что вода — это не просто совокупность отдельных молекул $H_{2}O$, а сложная система ассоциированных молекул, связанных водородными мостиками. У ее аналогов ( $H_{2}S$ и др.) такие связи практически отсутствуют, поэтому их температуры кипения определяются только их массой и подчиняются стандартной линейной зависимости. Я могу составить для вас сравнительную таблицу других аномальных свойств воды (например, теплоемкости или плотности льда) относительно тех же гидридов. Хотите взглянуть?