Объясните почему вода при нормальных условиях имея маленькую молекулярную массу, являеться жидкостью, а не газом, как водородные соединения других неметаллов

Краткий ответ: вода жидкая при нормальных условиях потому, что между молекулами образуется сильная сеть водородных связей. Это делает воду намного более связной (кeoсящей) по сравнению с многими другими неметаллическими водородными соединениями, у которых взаимодействия между молекулами слабее. В результате вода имеет relatively высокую температуру кипения для своей молекулярной массы. Пошаговое объяснение 1) Вода состоит из молекул H2O, у которых полярная ковалентная связь O–H. Электроотрицательность кислорода выше, чем у водорода, поэтому молекула полярна (есть диполь), и кислород имеет частичный отрицательный заряд, а водород — частичный положительный. 2) Из-за полярности молекулы вода способна образовывать водородные связи: молекула может донорствовать протон ( H) к паре электронов на соседнем кислороде и принимать протон по своей чужой паре электронов. Каждый водород может участвовать в связи один раз как донор, а кислород способен принимать водородные связи от соседних молекул. 3) Вода образует особенно разветвленную трехмерную сеть водородных связей: каждая молекула может участвовать в нескольких связях одновременно (приблизительно до 4 связей: 2 донорские и 2 акцепторные). Эта кооперативная сеть существенно увеличивает общую силу сцепления между молекулами воды. 4) Энергия водородной связи значительно выше слабых межмолекулярных сил, характерных для многих других неметаллических гидридов. Поэтому энергия, которая нужна для разрыва связей между молекулами воды и перехода в пар, большая. Это проявляется в высокой энтальпии испарения воды (примерно 40 кДж/моль при 25 °C) и, как следствие, в очень высокой точке кипения для массы воды, равной 18 г/моль. 5) Сравнение с другими водородными соединениями неметаллов: - NH3 (аммиак): молекула меньшей массы и ограниченной сети водородных связей. Хотя аммиак тоже образует H-связи, их сеть менее развита по сравнению с водой, поэтому точка кипения ниже (-33 °C). Это видно и по тому, что аммиак при комнатной температуре — газ. - HF: водородные связи сильны, но сеть в общем тоже не образует такую же прочную 3D-структуру, как в воде; точка кипения HF около 19–20 °C, то есть жидкость при умеренной комнатной температуре реже встречается. Важной особенностью является то, что пары HF формируют линейные цепи и общая сеть не столь развита, как у воды. - CH4, H2S и другие: масса меньше, межмолекулярные силы слабее (van der Waals) или водородные связи менее развиты; их точки кипения заметно ниже нуля и они при комнатной температуре чаще газообразны. 6) Что это значит для нормальных условий - Под нормальными условиями обычно понимается давление около 1 атмосферы и температура примерно 20–25 °C. При таких условиях вода остается жидкой именно из-за прочной водородной сети и высокой энергии испарения. - Малая молекулярная масса сама по себе не предопределяет состояние вещества: сначала решает balance между кинетической энергией молекул (которая растет с температурой) и силами сцепления между молекулами. Вода — отличный пример того, как сильные межмолекулярные связи могут «перекрыть» эффект небольшой массы и держать вещество жидким при комнатной температуре. Итог - Вода жидкая при нормальных условиях потому, что сильные водородные связи образуют устойчивую 3D-структуру между молекулами, что требует значительной энергии для превращения в газ. Это делает точку кипения воды относительно высокой для её молекулярной массы, в отличие от многих других неметаллических гидридов, где межмолекулярные силы слабее и вещество чаще бывает газом при комнатной температуре.