Ich denke, es gibt eine Vielzahl von qualitativen Betrachtungsweisen:

1. Das offensichtlichste ist vielleicht, dass $ \ ce {H2O} $ a bilden kann größere Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen aufgrund einer gleichen Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungsakzeptoren und Donoren . Jedes der Wasserstoffatome kann Wasserstoffbrückenbindungsakzeptoren sein; Jedes der einsamen Paare auf dem Sauerstoff kann Spender sein. In $ \ ce {HF} $ gibt es jedoch nur einen Wasserstoffbindungsakzeptor und theoretisch drei Wasserstoffbrückendonoren. Dieses unausgeglichene Verhältnis lässt zwangsläufig einige Akzeptoren ohne Spender zurück. Stellen Sie sich das als zwei Tanzpartys vor; Eine Partei hat zwei Männer und zwei Frauen, die andere einen Mann und drei Frauen. Offensichtlich können in letzterem weniger Bindungen erfolgreich gebildet werden, vorausgesetzt, alles ist monogam.
2. Wie im anderen Poster erwähnt, sind sowohl O als auch F sehr elektronegative Elemente. F ist jedoch mehr EN als O, was bedeutet, dass F Elektronen besser als O stabilisiert. Infolgedessen sind auf F lokalisierte Elektronen schwächere Wasserstoffbrückenbindungsdonoren; Sie sind bereits ziemlich gut stabilisiert. Denken Sie daran, Elektronen "wollen" durch Kerne stabilisiert werden. Wenn sie bereits ziemlich gut stabilisiert sind, "fühlen" sie weniger das Bedürfnis, mit (durch) anderen Kernen assoziiert (und daher stabilisiert) zu werden. Dies deutet darauf hin, dass die zwischen $ \ ce {HF} $ -Molekülen vorhandene Wasserstoffbindung möglicherweise schwächer ist als die zwischen $ \ ce {H2O} $ -Molekülen vorhandenen Wasserstoffbrücken.
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Experimentelle Ergebnisse sind natürlich der Goldstandard im Gegensatz zum qualitativen Denken, und qualitatives Denken kann uns auch in die entgegengesetzte Richtung führen. man könnte argumentieren, dass F mit drei einsamen Paaren sozusagen viel auf dem Teller hat; es könnte in der Lage sein, ein einzelnes Elektronenpaar sehr gut zu stabilisieren, aber drei einzelne Paare sind eine größere Tortur und vielleicht groß genug, dass die Wasserstoffbrücken zwischen $ \ ce {HF} $ -Molekülen stärker sind als die zwischen Wassermolekülen. Auch dies ist alles qualitativ , aber dies ist die Art von Argumentation, die sich einführende Chemielehrer wünschen.

Wenn wir unser Denken nur auf Elektrostatik beschränken, können wir vermuten, dass $ \ ce {HF} $ die stärkeren Wasserstoffbrückenbindungen aufweisen sollte, da F mehr Elektronen abzieht und daher Wasserstoff sollte im Gegensatz zu Wasserstoff in Wasser in $ \ ce {HF} $ positiver polarisiert sein. Wasserstoffbrückenbindung ist jedoch mehr als nur Elektrostatik. Wasserstoffbrückenbindung hat tatsächlich eine kovalente Komponente; Dies wird jedoch normalerweise von einführenden Behandlungen der Chemie ignoriert. Der Bindungswinkel von Elementen, die an einer Wasserstoffbindung beteiligt sind, ist kritisch. Je näher die an einer Wasserstoffbindung beteiligten Elemente an 180 Grad liegen, desto stärker ist die Bindung (dieser spezifische Winkel ist bei Wasserstoffbrücken in Wasser der Fall; nicht unbedingt bei anderen Molekülen). Wenn die Wasserstoffbindung rein elektrostatisch wäre, wäre dies nicht der Fall; Winkel wären egal - nur Abstand wäre.

Andere Themen müssen ebenfalls untersucht werden, wie die Anzahl lebensfähiger Wasserstoffbrückenbindungen und die Tendenzen der beteiligten Elemente zur Abgabe / Freisetzung von Elektronen.

Nach dem Durchsuchen des Webs einige häufig auftretende Probleme. Erklärungen "die nicht erklären würden, warum Wasser einen höheren Siedepunkt als $ \ ce {HF} $ hat, wären:

1. Wasser kann sich bilden 4 pro Molekül, während HF nur 2 bilden kann.

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Falsch, denn wenn wir Wasserstoffbrücken nur als Polarität der Atome betrachten, wie kann Wasser dann vier Wasserstoffbrücken pro Molekül bilden? Es hat zwei positiv geladene Wasserstoffatome und einen negativ geladenen Sauerstoff. Es scheint, als sollte es nur drei Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Man muss verstehen, dass einzelne Paare jeweils Wasserstoffbrückenbindungsspender sein können.

Die Antwort liegt in der Wasserstoffbindung.

Die Energie der Wasserstoffbindung hängt von der Elektronegativität eines hochelektronegativen Atoms ab, das an Wasserstoff gebunden ist. Die Elektronegativität von Wasserstoff beträgt $ 2,2 $, für Sauerstoff $ 3,44 $ und für Fluor $ 4 $.

Der Unterschied in der Elektronegativität zwischen $ \ ce {F} $ und $ \ ce {H} $ beträgt $ 1,8 $ und zwischen $ \ ce {O} $ und $ \ ce {H} $ sind $ 1,24 $. Die Wasserstoffbindungsenergie von $ \ ce {HF} $ beträgt $ \ pu {41,83 kJ / Mol} $ und die von $ \ ce {OH} $ $ \ pu {23 kJ / Mol} $.

$ \ ce {HF} $ -Bindung ist stärker als $ \ ce {OH} $ -Bindung. Im Fall von $ \ ce {H-F} $ besteht sogar im Dampfzustand eine Wasserstoffbindung, 4 bis 7 $ \ ce {HF} $ -Moleküle bilden im Dampfzustand zusammen eine Einheit. Im Fall von Wasser gibt es jedoch keine Wasserstoffbindung im Dampfzustand; Jedes Wassermolekül existiert unabhängig.

Um flüssiges Wasser zu kochen, müssen alle Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen werden und es wird viel Energie benötigt. Dies ist in $ \ ce {HF} $ nicht der Fall; Alle Wasserstoffbrücken müssen nicht aufgebrochen werden, weshalb weniger Energie benötigt wird. $ \ Ce {HF} $ kocht also bei einer viel niedrigeren Temperatur als Wasser.

Ich denke, wir haben uns möglicherweise zu sehr auf $ \ ce {HF} $ und $ \ ce {H2O} $ konzentriert. Wenn wir das Gesamtbild der Siedepunkte der Hydride der Elemente ihrer jeweiligen Gruppen betrachten, können wir sehen, dass Hydride der Gruppe 17 tatsächlich niedrigere Siedepunkte haben als die Hydride der Gruppe 16. Ich weiß immer noch nicht, warum der Trend in jedem Zeitraum so ist, aber die Abbildung sagt uns definitiv, dass:

• die Abweichung eher auf die Unterschiede zwischen den Gruppen zurückzuführen ist
• Das H-Bindungskonzept funktioniert für HF immer noch genauso. Es hat wirklich höhere BP als die anderen Halogenwasserstoffe.

Ich denke, jetzt lautet die Hauptfrage: Warum haben Wasserstoff-Chalkogenide höhere BP als Halogenwasserstoffe (und ist) tatsächlich die Gruppe der Halogenide mit den höchsten Blutdruckwerten in jeder Periode) ?

(Abbildung von http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08). html)

Sowohl Fluorid als auch Sauerstoff sind sehr elektronegativ. Wenn sie sich mit Wasserstoff verbinden, wird der Wasserstoff leicht positiv und das elektronegative Atom leicht negativ. Aus diesem Grund tritt in verschiedenen Molekülen eine Anziehung zwischen den negativen Atomen und Wasserstoff auf, die als Wasserstoffbindung bezeichnet wird.

In Wasser gibt es zwei Wasserstoffatome, die mehr Ladungsdipole für stärkere und zahlreichere Wasserstoffbrückenbindungen bilden.

Ein weiterer Faktor ist die Trennung von Wasser (dh flüssiges Wasser besteht teilweise aus $ \ ce {H3O +} $ (drei Wasserstoff und ein Sauerstoff, der positiv geladen ist) und etwas $ \ ce {OH -} $ (ein Wasserstoff und ein Sauerstoff, negativ geladen) Dies erhöht die Wechselwirkung zwischen den Molekülen und erhöht den Siedepunkt

Intermolekulare Kräfte (IWFs) sind hier der Schlüssel. IWFs stehen in direktem Zusammenhang mit dem Siedepunkt.

Sowohl $ \ ce {HF} $ als auch $ \ ce {H2O} $ haben Wasserstoffbrücken ($ \ ce {H} $, die an $ \ ce {N} $, $ \ ce {O} gebunden sind $ oder $ \ ce {F} $). Aber $ \ ce {H2O} $ hat zwei Wasserstoffbrücken, während $ \ ce {HF} $ nur eine hat. Daher sollte $ \ ce {H2O} $ einen viel höheren Siedepunkt haben.