Задание 1

№	Задание 1.1	Задание 1.2	Задание 1.3
1	Хлор	3d54s1 и5s25p3	кислотные свойства Ga2O3–GeO2–SiO2–SO2–SO3
2	Мышьяк	5s25p5 и 4d105s1	металлические свойства Rb–K–Ca–Mg–Al–B
3	Теллур	3s23p3 и 4s23d3	неметаллические свойства F–Cl–S–P–Si
4	Кремний	3s23p6 и 5s24d2	неметаллические свойства I–Br–Cl–S–P
5	Сурьма	5s1 и 5s24d2	кислотные свойства Cl2О7–SО3–P2О5–SiО2–Al2О3
6	Бром	4s24p4 и 3d104s2	неметаллические свойства As–P–S–Cl–F
7	Германий	5s25p4 и 4d105s2	металлические свойства Li–Na–K–Rb–Sr
8	Фосфор	5s24d1 и 5s25p5	основные свойства Al2О3–MgО –Na2О –K2О –Rb2О
9	Йод	4s24p4 и 4s23d6	металлические свойства Ti–Ca–K–Na–Li
10	Индий	4s24p6 и 4s23d2	неметаллические свойства O–N–C–Si–Ge
11	Сера	4s24p5 и 4d105s1	основные свойства PbО2–SnО2–GeО2–SiО2–CО2
12	Бром	4s24p1 и 3d14s2	металлические свойства Rb–K–Na–Mg–Al
13	Галлий	6s1 и 5d16s2	неметаллические свойства Si–P–S–Se–Te
14	Углерод	4s2 и 3d54s1	основные свойства BeО –MgО –CaО –SrО –Rb2О
15	Алюминий	5s25p6 и 4d25s2	кислотные свойства MgО –Al2О3– В2О3–СО2–N2О5

2. Химическая связь

Рекомендуемая литература:

Н.В. Коровин, Общая химия, гл.2, §§2.1, 2.2, 2.4, 2.5; Лекции по теме.

Н.Л. Глинка, Задачи и упражнения по общей химии, гл. IV, §1, примеры 1- 5, вопросы для самоконтроля №№ 248-253.

Вопросы для подготовки

Основные типы химической связи – ковалентная и ионная. Полярность ковалентной связи. Электроотрицательность атомов. Теория Льюиса и ее недостатки. Квантово-механические представления о химической связи. «Валентные» электроны в атоме. Валентные возможности атомов. Атомные орбитали и формы электронных облаков. Химическая связь в молекулах водорода, хлора и хлороводорода с точки зрения теории Льюиса и метода валентных связей. Обменный и донорно-акцепторный механизмы образования ковалентной связи. Количественные характеристики связи: энергия и длина связи. Свойства связи: направленность, насыщаемость и поляризация связи. Изображение молекул стехиометрическими и структурными формулами. Энергетические схемы гомоядерных молекул элементов 1-го и 2-го периодов по методу молекулярных орбиталей.

Пространственная конфигурация молекул. Гибридизация атомных орбиталей. Форма гибридных облаков. σ- и π- связи. Кратность связей. Локализованная и нелокализованная связь. Влияние несвязывающих электронных пар и кратных связей на величину валентных углов. Построение пространственных конфигураций молекул (O₂,N₂,BeCl₂,BI₃,SiF₄,CH₄,NH₃,H₂O,CO₂).

Пример 1.

Определите тип химических связей в молекулах Сl₂, HCl, KCl. Приведите схемы перекрывания электронных орбиталей при образовании ковалентных связей в указанных молекулах.

Решение.

Электроотрицательность () характеризует способность атома данного элемента оттягивать к себе электронную плотность химической связи.

Если разность электроотрицательностей химически связанных атомов =0, связь ковалентная неполярная. Чем больше разность электроотрицательностейдвух атомов, тем полярнее связь между ними (выше степень ионности связи), общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому.

Если ≥1,7, и связь образована между активным металлом и активным неметаллом, ее можно считать ионной.

Молекула хлора Сl₂ образована из атомов одного элемента. Электроотрицательность хлора равна 3,0 (таблица 1 в задачнике), поэтому = 3,0 – 3,0 = 0, следовательно, связь в молекуле хлора ковалентная неполярная (Сl – Сl).

В молекуле хлороводорода HСl разность электроотрицательностей =|2,1–3,0|=0,9 т.е. < 1,7 => связь – ковалентная полярная, связывающая электронная пара смещена в сторону атома хлора (H^δ+→Cl^δ-). Поэтому атом водорода приобретает эффективный положительный заряд, а хлора – эффективный отрицательный.

В хлориде калия KCl разность электроотрицательностей =|0,91–3,0|=2,09 т.е.>1,7 => связь преимущественно ионная (K⁺Cl ^–).

У атома хлора валентными являются электроны третьего энергетического уровня: …3s²3p⁵,

3s2

3p5

3d

Cl…

↑↓

↑↓

↑↓

↑

неспаренный электрон находится на р-орбитали, электронная орбиталь имеет форму гантели.

Образование химической связи в молекуле Сl₂ можно отобразить схемой:

+ →

Cl Cl Cl — Cl

У атома водорода валентными является 1s-электрон, его электронная орбиталь имеет сферическую форму.

Схема образования химической связи в молекуле HCl

+ →

H Cl H — Cl

Пример 2.

Определите тип гибридизации атомных орбиталей центрального атома в молекулах Н₂Se, BeCl₂, BCl₃, CH₄ и NH₃. Покажите форму перекрывающихся атомных орбиталей и величину валентных углов. Укажите геометрическую форму молекул.

Решение.

В молекуле селеноводорода Н₂Seцентральный атом – атом селена. Это элемент 4-го периодаVIгруппы, его шесть валентных электронов расположены на третьем энергетическом уровне:

4s2

4p4

4d

Sе…

↑↓

↑↓

↑

↑

Два неспаренных р-электрона селена имеют форму гантелей и расположены под углом 90^о, они образуют ковалентные σ-связи, перекрываясь со сферическими орбиталями атомов водорода. Гибридизации орбиталей центрального атома не происходит.

Форма перекрывающихся атомных орбиталей при образовании молекулы селеноводорода показана на рисунке. Молекула имеет угловую форму,

В молекуле хлорида бериллия BeCl₂ разность электроотрицательностей атомов бериллия и хлора=|1,5–3,0|=1,5, т.е. < 1,7 => связь – ковалентная полярная. Центральный атом – бериллий, элемент 2-го периодаIIгруппы, его валентные электроны в возбужденном состоянии имеют конфигурацию 2s¹2p¹:

	2s1			2p1
Ве*…		↑		↑

Атомные орбитали бериллия находятся в состоянии sp-гибридизации и образуют две гибридные орбитали под углом 180^о. У атома хлора валентными являются электроны третьего энергетического уровня: …3s²3p⁵, неспаренный электрон находится на р-орбитали, электронная орбиталь имеет форму гантели.

Форма перекрывающихся атомных орбиталей при образовании молекулы хлорида бериллия показана на рисунке. В молекуле две ковалентные σ-связи, она имеет линейную форму, .

Cl – Be – Cl

В молекуле хлорида бора BCl₃ связь ковалентная полярная. Центральный атом – бор, элемент 2-го периодаIIIгруппы, его валентные электроны в возбужденном состоянии имеют конфигурацию 2s¹2p²:

	2s1			2p2
В*…		↑		↑	↑

Атомные орбитали бора находятся в состоянии sp2-гибридизации и образуют три гибридные орбитали под углом 120о. У атома бора валентными являются электроны третьего энергетического уровня: …3s23p5, неспаренный электрон находится на р-орбитали, электронная орбиталь имеет форму гантели. Форма перекрывающихся атомных орбиталей при образовании молекулы хлорида бора показана на рисунке. В молекуле три ковалентные σ-связи, она имеет форму треугольника, .

Центральный атом в молекуле метана CH₄ – углерод, элемент 2-го периодаIVгруппы, его валентные электроны в возбужденном состоянии имеют конфигурацию2s¹2p³:

	2s1			2p3
C*…		↑		↑	↑	↑

Атомные орбитали углерода находятся в sp³-гибридизации, четыре гибридные орбитали направлены от центра тетраэдра к его вершинам.

У атома водорода валентными является 1s-электрон, его электронная орбиталь имеет сферическую форму. При перекрывании орбиталей углерода и водорода образуется четыре ковалентные σ-связи. Форма перекрывающихся атомных орбиталей при образовании молекулы метана показана на рисунке. , молекула тетраэдрическая.

В молекуле аммиака NH₃центральный атом – азот, его пять валентных электронов расположены на втором энергетическом уровне:

	2s2			2p3
N…		↑↓		↑	↑	↑

Атомные орбитали азота находятся в состоянии sp³-гибридизации, но из четырех гибридных орбиталей ковалентную σ-связь с атомами водорода образуют только три, одна орбиталь остается несвязывающей.

Форма перекрывающихся атомных орбиталей при образовании молекулы аммиака показана на рисунке. Молекула имеет форму треугольной пирамиды, . Уменьшение валентного угла связано с влиянием несвязывающей электронной пары азота.

Контрольные задания

Задание 2

Определите тип химических связей в соединениях … , ответ обоснуйте, рассчитав разности электроотрицательностей атомов. Приведите схемы перекрывания электронных орбиталей при образовании ковалентных связей в указанных молекулах.

№	Формулы соединений	№	Формулы соединений
1	О2,H2О,Na2О	8	H2,NF3,KF
2	H2, ВH3,CaО	9	N2,BBr3,BaF2
3	Cl2,H2S,BaCl2	10	O2,SiCl4,RbCl
4	N2,NH3,CaF2	11	I2,MgBr2,K2O
5	F2,CH4,K2О	12	F2,BeH2,BaO
6	O2,CCl4,KCl	13	H2,BeBr2,CaCl2
7	Br2,SiH4,NaCl	14	Cl2,AlCl3,RbF