1. Как Вы считаете, возможно ли образование устойчивых п-связей в (a) гипотетической планарной молекуле "борного бензола" В6Н6? (b) молекуле «мышьячного бензола» As6H6 ? Если нет, то каким образом можно повысить устойчивость данных молекулярных структур ? 2. Энтропия сублимации кристаллического йода равна +62 кДж/моль, а её энтропия составляет +144 Дж/моль. Оцените, при какой температуре термодинамическая вероятность испарения йода сравняется с вероятностью обратного процесса – конденсации паров I2? Почему кристаллический йод не плавится при нагревании ?

3. При температуре 325С катализатор снижает энергию активации химической реакции на 5 ккал/моль. Как Вы полагаете, во сколько раз при этом увеличится скорость процесса ?

1. Для ответа на первый вопрос рассмотрим каждую молекулу отдельно:
(a) Гипотетическая планарная молекула "борного бензола" В6Н6. Для формирования устойчивых п-связей должны быть заполнены все электронные орбитали. В молекуле бора (В) имеется 3 валентных электрона и 3 свободных электронные пары, и в молекуле аммиака (NH3) есть одна валентная электронная пара. Таким образом, каждая молекула "борного бензола" В6Н6 должна иметь 6 свободных электронных пар для образования устойчивых п-связей между атомами бора и атомами водорода. Однако, в молекуле "борного бензола" В6Н6 имеется 6 атомов бора и 6 атомов водорода, поэтому образование устойчивых п-связей в данной молекуле не является возможным без нарушения правила октета, т.к. нарушится стабильность электронной конфигурации атома бора и атома водорода.
(b) Молекула «мышьячного бензола» As6H6. Для формирования устойчивых п-связей необходимо заполнить все электронные орбитали. Атом мышьяка (As) имеет 5 валентных электронов и 3 свободных электронные пары, и в молекуле водорода (H2) есть одна валентная электронная пара. Таким образом, каждая молекула «мышьячного бензола» As6H6 должна иметь 6 свободных электронных пар для образования устойчивых п-связей между атомами мышьяка и атомами водорода. В данной молекуле имеется 6 атомов мышьяка и 6 атомов водорода, поэтому образование устойчивых п-связей возможно без нарушения правила октета.

2. Чтобы определить температуру, при которой термодинамическая вероятность испарения йода сравняется с вероятностью обратного процесса – конденсации паров I2, можно использовать уравнение Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH - TΔS

Где ΔG - изменение свободной энергии, ΔH - изменение энтальпии, T - температура в Кельвинах и ΔS - изменение энтропии.

В данном случае, термодинамическая вероятность испарения равна вероятности конденсации, поэтому ΔG = 0.

Известно, что ΔH = 144 Дж/моль, ΔS = 62 кДж/моль = 62000 Дж/моль.

Подставляя значения в уравнение Гиббса-Гельмгольца и решая относительно T:

0 = 144 - T * 62000

Т * 62000 = 144

T = 144 / 62000

T ≈ 0.0023 К

Таким образом, термодинамическая вероятность испарения йода сравняется с вероятностью обратного процесса – конденсации паров I2 при температуре около 0.0023 Кельвина.

Кристаллический йод не плавится при нагревании, потому что его межмолекулярные силы притяжения - ван-дер-Ваальсовы силы - очень сильны. Эти силы превосходят тепловое движение молекул кристалла и сохраняют упорядоченную структуру вещества. Плавление происходит при температуре, когда эти силы ослабевают до такой степени, что кристаллическая структура разрушается.

3. Увеличение скорости процесса при снижении энергии активации химической реакции на 5 ккал/моль можно оценить с использованием уравнения Аррениуса:

k = A * e^(-Ea / RT)

Где k - скоростная постоянная, A - преэкспоненциальный множитель реакции, Ea - энергия активации, R - газовая постоянная и T - температура в Кельвинах.

Учитывая, что энергия активации уменьшилась на 5 ккал/моль, то новая энергия активации (Ea') равна:

Ea' = Ea - 5 ккал/моль

Скорость процесса увеличится в ne^5 раз, где n - коэффициент пропорциональности. Таким образом, скорость процесса увеличится в e^5 раз при снижении энергии активации на 5 ккал/моль.