Trả lời nhanh
Ghép đúng là: H2O sôi ở 100 °C; H2S sôi ở −61 °C; H2Se sôi ở −42 °C; H2Te sôi ở −2 °C. Nước có liên kết hydrogen nên sôi cao nhất. Ba chất còn lại chỉ có tương tác van der Waals, mạnh dần khi khối lượng phân tử tăng từ H2S đến H2Te.
Đề bài và cách đọc dữ kiện
Đề cho bốn chất H2O, H2S, H2Se, H2Te và bốn giá trị nhiệt độ sôi (°C): 100; −61; −42; −2. Yêu cầu là ghép mỗi chất với giá trị thích hợp, tức là sắp xếp thứ tự nhiệt độ sôi. Các số liệu được lấy theo giá trị làm tròn thường dùng trong bài tập.
Bốn chất đều là hydride của nguyên tố nhóm VIA (O, S, Se, Te), có công thức dạng H2X. Vì vậy ta so sánh chúng theo hai yếu tố: có liên kết hydrogen hay không, và độ lớn tương tác van der Waals.
Giải thích từng bước
Bước 1: Tìm chất sôi cao nhất
Oxygen có độ âm điện lớn và bán kính nhỏ, nên giữa các phân tử H2O hình thành liên kết hydrogen O–H···O khá bền. Muốn đun sôi nước phải phá được cả mạng liên kết này, nên H2O sôi ở 100 °C, cao hơn hẳn ba chất còn lại.
Lưu huỳnh, selenium, tellurium có độ âm điện nhỏ và bán kính lớn. Giữa các phân tử H2S, H2Se, H2Te hầu như không có liên kết hydrogen đáng kể.
Bước 2: Sắp xếp ba chất còn lại
Khi không có liên kết hydrogen, nhiệt độ sôi phụ thuộc chủ yếu vào tương tác van der Waals (chủ yếu là tương tác tán xạ). Tương tác này tăng khi khối lượng phân tử và kích thước đám mây electron tăng.
| Chất | Khối lượng mol (g/mol, xấp xỉ) | Nhiệt độ sôi (°C) |
|---|---|---|
| H2S | 34 | −61 |
| H2Se | 81 | −42 |
| H2Te | 130 | −2 |
| H2O | 18 | 100 |
Thứ tự: H2S < H2Se < H2Te < H2O.
Loại trừ những cách ghép sai thường gặp
- Cho H2O sôi thấp nhất vì nó nhẹ nhất: sai, vì đã bỏ qua liên kết hydrogen. Khối lượng phân tử chỉ có ý nghĩa khi so các chất cùng loại liên kết liên phân tử.
- Cho H2S sôi cao hơn H2Te vì S âm điện hơn, phân tử phân cực hơn: sai. Độ phân cực giảm không đáng kể, còn tương tác tán xạ tăng rõ khi đi xuống nhóm, nên yếu tố sau chiếm ưu thế.
- Cho rằng H2S cũng có liên kết hydrogen mạnh: sai, S không đủ âm điện và bán kính lớn nên liên kết hydrogen rất yếu, không đáng kể.
Mẹo nhớ
Gặp bài so sánh nhiệt độ sôi hydride cùng nhóm, hãy tự hỏi hai câu: (1) chất đầu nhóm (N, O, F) có liên kết hydrogen không? Nếu có, nó thường “nhảy vọt” lên cao. (2) Các chất còn lại xếp theo khối lượng phân tử tăng dần thì nhiệt độ sôi tăng dần.
Bài luyện tập
Bài 1. Sắp xếp HF, HCl, HBr, HI theo chiều nhiệt độ sôi tăng dần.
Đáp án: HCl < HBr < HI < HF. Từ HCl đến HI, khối lượng phân tử tăng nên nhiệt độ sôi tăng. HF có liên kết hydrogen nên sôi cao nhất.
Bài 2. So sánh nhiệt độ sôi của NH3, PH3, AsH3.
Đáp án: PH3 < AsH3 < NH3. NH3 có liên kết hydrogen giữa các phân tử; PH3 và AsH3 thì nhiệt độ sôi tăng theo khối lượng phân tử.
Bài 3. Vì sao ở điều kiện thường H2O là chất lỏng còn H2S là chất khí?
Đáp án: Giữa các phân tử H2O có liên kết hydrogen làm tăng lực hút liên phân tử, còn giữa các phân tử H2S chỉ có tương tác van der Waals yếu, nên H2S sôi ở nhiệt độ rất thấp và tồn tại ở thể khí.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao H2O có nhiệt độ sôi cao nhất trong dãy H2O, H2S, H2Se, H2Te?
Vì giữa các phân tử H2O có liên kết hydrogen khá bền, cần nhiều năng lượng để phá vỡ. Các chất còn lại chỉ có tương tác van der Waals nên sôi thấp hơn nhiều.
Vì sao nhiệt độ sôi tăng từ H2S đến H2Te?
Từ S đến Te, khối lượng phân tử và kích thước đám mây electron tăng, làm tương tác van der Waals mạnh hơn, nên nhiệt độ sôi tăng dần.
Liên kết hydrogen có phải là liên kết hoá học thực sự không?
Không. Đây là tương tác liên phân tử khá mạnh, yếu hơn liên kết cộng hoá trị nhưng mạnh hơn tương tác van der Waals thông thường.