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¿Por qué el fluoruro de hidrógeno tiene un punto de ebullición mucho más bajo que el del agua?

$\ce{F}$ tiene más pares de electrones no compartidos y es muy electronegativo, por lo que $\ce{H}$ de otro $\ce{HF}$ molécula puede $\ce{H}$ - y se vincula con ella.

$\ce{HF}$ tiene un punto de ebullición normal de $\pu{19.5^oC}$ mientras que $\ce{H2O}$ , como sabes, tiene una ebullición normal de $\pu{100^oC}$ .

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user5084 Puntos 211

Creo que hay una variedad de cualitativo formas de ver esto:

  1. Quizás la más obvia es que $\ce{H2O}$ pueden formar un mayor número de enlaces de hidrógeno debido a que tienen un número igual de enlaces de hidrógeno aceptadores y donantes . Cada uno de los átomos de hidrógeno puede ser aceptante de enlaces de hidrógeno; cada uno de los pares solitarios del oxígeno puede ser donante. En $\ce{HF}$ Sin embargo, sólo hay un aceptor de enlaces de hidrógeno y teóricamente tres donantes de enlaces de hidrógeno. Esta relación desequilibrada deja inevitablemente a algunos aceptores sin un donante. Imaginemos que se trata de dos fiestas de baile; en una de ellas hay dos hombres y dos mujeres, pero en la otra hay un hombre y tres mujeres. Obviamente, en esta última se pueden formar con éxito menos enlaces, suponiendo que todo sea monógamo.
  2. Como mencionó el otro cartel, tanto el O como el F son elementos muy electronegativos. Sin embargo, el F es más EN que el O, lo que significa que el F estabiliza los electrones mejor que el O. Como resultado, los electrones localizados en el F son donantes de enlaces de hidrógeno más débiles; ya están bastante bien estabilizados. Recuerda que los electrones "quieren" ser estabilizados por los núcleos. Si ya están bastante bien estabilizados, entonces "sentirán" menos necesidad de asociarse (y por tanto estabilizarse) con (por) otros núcleos. Esto sugiere que el enlace de hidrógeno presente entre $\ce{HF}$ moléculas puede ser más débiles que los enlaces de hidrógeno presentes entre $\ce{H2O}$ moléculas.

Los resultados experimentales son el estándar de oro, por supuesto, en contraposición al razonamiento cualitativo, y el razonamiento cualitativo aquí también puede llevarnos en la dirección opuesta; se podría argumentar que al tener tres pares solitarios, F tiene mucho en su plato, por así decirlo; podría ser capaz de estabilizar un par de electrones solitarios muy bien, pero tres pares solitarios es una prueba más grande, y tal vez lo suficientemente grande que los enlaces de hidrógeno entre $\ce{HF}$ moléculas son más fuertes que las de las moléculas de agua. De nuevo, todo esto es cualitativo pero este es el tipo de razonamiento que desean los profesores de introducción a la química.

Si limitamos nuestro pensamiento a la electrostática, entonces podríamos suponer que $\ce{HF}$ debería tener los enlaces de hidrógeno más fuertes porque F es más retirador de electrones y por lo tanto el hidrógeno debería estar más positivamente polarizado en $\ce{HF}$ a diferencia del hidrógeno en el agua. Sin embargo, el enlace de hidrógeno es algo más que electrostática. El enlace de hidrógeno tiene, de hecho, un componente covalente; sin embargo, éste suele ser ignorado en los tratamientos introductorios de la química. La página web ángulo de enlace de los elementos que intervienen en un enlace de hidrógeno es fundamental. Cuanto más cerca estén los elementos implicados en un enlace de hidrógeno de 180 grados, más fuerte será el enlace (este ángulo específico es el caso del enlace de hidrógeno en el agua; no necesariamente en otras moléculas). Si el enlace de hidrógeno fuera puramente electrostático, esto no sería así; los ángulos no importarían, sólo la distancia.

También hay que explorar otras cuestiones, como el número de enlaces de hidrógeno viables y las tendencias de donación/liberación de electrones de los elementos implicados.

Después de buscar en la web algunas "explicaciones" comunes que no lo haría explicar por qué el agua tiene un punto de ebullición más alto que $\ce{HF}$ sería:

  1. el agua puede formar 4 por molécula mientras que el HF sólo puede formar 2.

Incorrecto, porque si sólo consideramos que el enlace de hidrógeno implica la polaridad de los átomos, ¿cómo puede el agua formar cuatro enlaces de hidrógeno por molécula? Tiene dos hidrógenos cargados positivamente y un oxígeno cargado negativamente. Parece que sólo debería formar tres enlaces de hidrógeno. Hay que entender que los pares solitarios pueden ser cada uno un enlace de hidrógeno donantes .

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Entonces, ¿debemos aceptar el razonamiento que acompaña al experimento y prescindir de los demás? Bueno, lo pregunto porque me pregunto qué porcentaje de mi libro de bachillerato es cierto.

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En realidad no le quita mérito a su punto, pero tiene al aceptante y al donante al revés.

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@orthocresol Se sabe que el HF presenta enlaces de hidrógeno también en fase gaseosa. Simplemente significa que al pasar de la fase líquida a la gaseosa, los enlaces de hidrógeno no tienen que romperse en el caso del HF mientras que en el caso del agua, los enlaces de hidrógeno tienen que romperse. Esto explica sencillamente por qué el punto de ebullición del agua es mayor a pesar de que el HF establece enlaces de hidrógeno más fuertes. ¿Es este razonamiento erróneo porque no se ha discutido en la respuesta?

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kiran chillewad Puntos 11

La respuesta está en los enlaces de hidrógeno.

La energía del enlace de hidrógeno depende de la electronegatividad de un átomo altamente electronegativo que está unido al hidrógeno. La electronegatividad del hidrógeno es $2.2$ para el oxígeno es $3.44$ y es $4$ para el flúor.

Diferencia de electronegatividad entre $\ce{F}$ y $\ce{H}$ es $1.8$ y entre $\ce{O}$ y $\ce{H}$ es $1.24$ . Energía de enlace de hidrógeno de $\ce{H-F}$ es $\pu{41.83 kJ/mole}$ y la de $\ce{O-H}$ es $\pu{23 kJ/mole}$ .

$\ce{H-F}$ es más fuerte en comparación con $\ce{O-H}$ fianza. En el caso de $\ce{H-F}$ existe un enlace de hidrógeno incluso en estado de vapor, 4 a 7 $\ce{HF}$ Las moléculas juntas forman una unidad en estado de vapor. Sin embargo, en el caso del agua, no hay enlaces de hidrógeno en estado de vapor; cada molécula de agua existe de forma independiente.

Por lo tanto, para hervir el agua líquida, hay que romper todos los enlaces de hidrógeno y se requiere una gran cantidad de energía. Este no es el caso en $\ce{HF}$ ; no es necesario romper todos los enlaces de hidrógeno y, por tanto, se requiere una menor cantidad de energía. Así que $\ce{HF}$ hierve a una temperatura mucho más baja que el agua.

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Se sabe que el fluoruro de hidrógeno tiene un enlace de hidrógeno mucho más fuerte que el del agua; pero, la pregunta es por qué la opinión aparentemente opuesta es cierta.

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blahreport Puntos 1

Tanto el flúor como el oxígeno son muy electronegativos. Cuando se unen al hidrógeno, el hidrógeno se vuelve ligeramente positivo y el átomo electronegativo ligeramente negativo. Debido a esto, se produce una atracción entre los átomos negativos y el hidrógeno en diferentes moléculas, lo que se denomina enlace de hidrógeno.

En el agua hay dos hidrógenos que hacen más dipolos de carga para que los enlaces de hidrógeno sean más fuertes y numerosos.

Otro factor es que el agua se disocia (es decir, el agua líquida se compone parcialmente de $\ce{H3O+}$ (tres hidrógenos y un oxígeno, que está cargado positivamente) y algunos $\ce{OH-}$ (un hidrógeno y un oxígeno, con carga negativa). Esto aumenta la interacción entre las moléculas, lo que hace que el punto de ebullición sea más alto.

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Pues bien, [HF2]-, el anión bifluoruro, existe en soluciones de HF (concentradas). ¿No tendría esto algún efecto en las interacciones intermoleculares también? Además, el HF se ioniza igual que el agua y, de hecho, el HF se ioniza en mayor medida que el agua, ya que el HF es un ácido más fuerte que el agua.

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KCD Puntos 168

Creo que nos hemos centrado demasiado en $\ce{HF}$ y $\ce{H2O}$ . Si observamos el panorama general de los puntos de ebullición de los hidruros de los elementos de sus respectivos grupos, podemos ver que los hidruros del grupo 17 tienen realmente puntos de ebullición más bajos que los del grupo 16. Todavía no sé por qué la tendencia es así dentro de cada período, pero la figura definitivamente nos lo dice:

  • la desviación se debe probablemente a las diferencias entre los grupos
  • el concepto de enlace H sigue funcionando de la misma manera para el HF; realmente tiene mayores BP que los otros haluros de hidrógeno

Así que creo que ahora la pregunta principal es: por qué los calcogenuros de hidrógeno tienen mayores PA que los haluros de hidrógeno (y es en realidad el grupo de haluros que tiene los mayores BPs en cada periodo) ?

(la cifra es de http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08.html )

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

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Además, tanto el HF como el H2O pueden realizar el máximo número de enlaces H por molécula. El HF tiene tres aceptantes de enlaces H (tres pares solitarios de F) y un donante de enlaces H (del H del HF), mientras que el H2O tiene 2 aceptantes de enlaces H (2 pares solitarios de O) y dos donantes de enlaces H (de 2 H del H2O).

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PhysicalChemist Puntos 356

Las fuerzas intermoleculares (FMI) son la clave aquí. Las FMI están directamente relacionadas con el punto de ebullición.

Ambos $\ce{HF}$ y $\ce{H2O}$ tienen enlaces de hidrógeno ( $\ce{H}$ adjunta a $\ce{N}$ , $\ce{O}$ o $\ce{F}$ ). Pero $\ce{H2O}$ tiene dos enlaces de hidrógeno mientras que $\ce{HF}$ sólo tiene una . Así, $\ce{H2O}$ debería tener un punto de ebullición mucho más alto.

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tenga en cuenta que hay exactamente cero enlaces de hidrógeno en HO o HF

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