Сторінки 26–28

Розв’язання

1. При наповненні пробірки до краю вода не виливається, а утворює випуклий шар («гірку»), оскільки сила поверхневого натягу притискає молекули всередину і тримає надлишок рідини.

2. Крапля води, що падає на повну пробірку, не провалюється, а розтікається по поверхні або згортається в кулю, підтримувана плівкою.

3. Після додавання розчину мила сила поверхневого натягу різко зменшується, тому вода легко переливається через край, а краплі не утримуються на поверхні.

Розв’язання

1. Голка залишається на поверхні води, оскільки міцна плівка (завдяки водневим зв'язкам) витримує її вагу, не дозволяючи провалитися вглиб.

2. Сила тяжіння долається силою поверхневого натягу, яка спрямована вздовж межі рідини.

3. Після додавання розчину мийного засобу сила поверхневого натягу різко падає, плівка руйнується, і голка швидко тоне.

Розв’язання

1. Визначте спільні риси: обидва зв'язки утримують атоми або молекули разом завдяку електронним взаємодіям; ковалентний — міцний, водневий — слабший.

2. Опишіть відмінності: ковалентний зв'язок формується між атомами всередині молекули (спільна пара), водневий — між молекулами (або частинами однієї) через притягування зарядів.

3. Визначте наслідки: наявність водневих зв'язків підвищує температуру кипіння та розчинність, тоді як ковалентний визначає саму будову молекули.

Розв’язання

1. Розчинність: поясніть, що молекули спирту, цукру тощо утворюють водневі зв'язки з водою, тому добре розчиняються.

2. Теплоємність: опишіть, як додаткове зв'язування енергії на розривання водневих зв'язків підвищує теплоємність води.

3. Поверхневий натяг: поясніть, що сильне притягування молекул води через водневі зв'язки створює міцну плівку на поверхні.

Розв’язання

1. Проаналізуйте графік: вода ($M_r=18$) кипить при $100{}^{\circ }\text{C}$, тоді як сірководень ($M_r=34$) — при $-60,8{}^{\circ }\text{C}$, а кисень ($M_r=32$) — при $-183{}^{\circ }\text{C}$.

2. Порівняйте: температура кипіння води значно перевищує температуру кипіння речовин з більшою молекулярною масою, у яких немає водневих зв'язків.

3. Висновок: саме наявність міцних водневих зв'язків між молекулами води вимагає додаткової енергії для їх розривання під час кипіння.

Розв’язання

1. Малюємо молекулу води (${\text{H}}_2\text{O}$): атом $\text{O}$ має дві неподілені пари, два атоми $\text{H}$ мають позитивний заряд.

2. Малюємо молекулу амоніаку (${\text{NH}}_3$): атом $\text{N}$ має одну неподілену пару, три атоми $\text{H}$ мають позитивний заряд.

3. З'єднуємо атом $\text{H}$ з молекули води (який прив'язаний до $\text{O}$) із неподіленою парою атома $\text{N}$ молекули амоніаку, позначаючи зв'язок крапками.

4. Малюємо молекулу фтористого водню ($\text{HF}$): атом $\text{F}$ має три неподілені пари, атом $\text{H}$ має позитивний заряд.

5. З'єднуємо атом $\text{H}$ з молекули води із неподіленою парою атома $\text{F}$ молекули фтористого водню крапками.

Розв’язання

1. Визначаємо, що вода має дуже високу теплоємність через наявність водневих зв'язків між молекулами.

2. Пояснюємо, що при нагріванні сонцем океани поглинають багато тепла, не піднімаючи свою температуру сильно.

3. Вказуємо, що вночі або взимку вода повільно охолоджується, віддаючи накопичене тепло.

4. Висновкуємо, що це призводить до м'якшого клімату поблизу водних об'єктів і загального пом'якшення температурних коливань на планеті.

Розв’язання

1. Аналізуємо перший графік ($\text{HX}$): З броміду ($\text{HBr}$) до йодиду ($\text{HI}$) температура кипіння зростає, але для хлористого водню ($\text{HCl}$) вона аномально низька. Для фтористого водню ($\text{HF}$) температура висока через зв'язки.

2. Аналізуємо другий графік (${\text{H}}_2\text{E}$): Температура кипіння зростає від сірководню до теллуру, але вода має найвищу температуру при найменшій масі.

3. Спільне: Усі речовини — молекулярні гази або рідини. Відмінне: Наявність водневих зв'язків різко підвищує температуру кипіння порівняно з іншими речовинами схожої маси.

4. Малюємо схеми для $\text{HF}$: $\text{H-F}\cdots :\ddot{\text{F}}\text{H}$ (між собою) та $\text{H-F}\cdots :\ddot{\text{O}}{\text{H}}_2$ (з водою).

5. Малюємо схеми для ${\text{H}}_2\text{O}$: $\text{H-O-H}$ утворює зв'язки між собою та з молекулами $\text{HF}$.

Розв’язання

1. Бавовна і лляні волокна мають пористу структуру, але їхня поверхня багата на функціональні групи (-OH), які утворюють міцні водневі зв'язки з молекулами води. Ці зв'язки «притискають» воду до тканини.

2. Шерсть і пір'я також поглинають вологу, але їхня структура (кератин) утримує її менш міцно через інші типи взаємодій або меншу кількість активних центрів для водневих зв'язків порівняно з целюлозою.

3. Для відділення молекул води від поверхні бавовни потрібно більше енергії (тепла), ніж для шерсті, тому вода випаровується повільніше.

Розв’язання

1. На листках лотоса та деяких інших рослин є мікроскопічні виступи, які покриваються воском. Цей шар не дозволяє молекулам води утворювати водневі зв'язки з поверхнею (адгезія відсутня або дуже слабка).

2. Оскільки вода не прилипає до такої поверхні, її власна когезія (притягання між молекулами води) переважає, і крапля набуває форми кулі, щоб мінімізувати контактну площу.

3. На шкірі є багато вільних груп -OH та інших полярних центрів, які утворюють водневі зв'язки з водою. Це створює сильну адгезію, тому крапля розтікається і затримується на поверхні.