Алгоритм установления геометрии молекулы

1.Определяют (записывают) электронную формулу центрального атома и связанных с ним атомов химических элементов.

2. Устанавливают число σ – связей и число неподеленных электронных пар центрального атома. Число σ – связей = координационному числу центрального атома. Число неподеленных электронных пар = полуразности числа валентных электронов и степени окисления (по абсолютному значению) .

3.Находят число гибридных орбиталей как сумму чисел σ – связей и числа неподеленных электронных пар.

4.По числу гибридных орбиталей находят тип гибридизации и направление в пространстве орбиталей.

5. Возвращаются к строению валентного уровня и определяют возможность образования π-связей.

6.Составляют схему частицы.

Пример. Установить геометрию молекулы СF_4.

1) Центральный атом – углерод –С; С*: 2S¹2p³; F: 2S²2p⁵;

2) К.ч. (С)+4, так как, 4 фтора. Число σ – связей = 4.Число неподеленных электронных пар (НЭП) =

3,4) Число гибридных орбиталей = 4 (sp³ , 1s и 3 p).

5. Дополнительных связей нет. Структура ( Рис.1) Тетраэдр, угол < 109,8^о

Рис. 1.

Связи полярны, равноценны, поэтому молекула не полярна.

Образцы тестовых заданий

1. Укажите формулы веществ с ковалентной полярной связью:

1) N₂; 2) NH₃; 3) NO; 4) O₂.

Ответ: 2 и 3, так как они образованны различными неметаллами.

2. Укажите формулу соединения, в молекуле которого образуются три общие электронные пары:

1) N₂; 2) NH₃; 3) CH₄; 4) H₂O.

Ответ: 1, т.к. два атома соединяются между собой тремя неспаренными электронами.

3. Среди указанных соединений выберите соединения с двумя неподеленными электронными парами:

1) H₂O; 2) NH₃; 3) ClF₃; 4) Cl₂.

Ответ: 1, 3. 1 - т.к. число НЭП = (число валентных электронов минус координационное число)  2; т.е. (6-2)2 = 42 = 2 ; 3 – т.к. (7-3)2 = 42 = 2

4. Связь π - типа образуется во всех молекулах ряда:

1) N₂, CO₂, CH₄ ; 3) H₂, HCl, H₂O;

2) SO₂, SO₃, CO₂ ; 4) CCl₄, CH₄, Cl₂

Ответ: 2- т.к. SO₂ имеет неподеленную электронную пару (6-4)2 = 1; .

Число σ-связей = 2, остаются ненасыщенные валентности (2+1=3; еще одна π-связь) .

SO₃ не имеет неподеленных электронных пар: (6-6)2 = 0 число σ-связей = 3;

до насыщения валентности необходимо еще 3 связи.

_.

СО₂ не имеет НЭП: (4-4)2 = 0 число σ-связи = 2. Следовательно π-связи – 2.

5. Атом с электронной конфигурацией 1s²2s²2p³ может образовать ковалентных связей q по обменному механизму:

1) четыре; 2) три; 3) две; 4) одну.

Ответ: 2 - т.к. три неспаренных электрона на р-орбитали (это азот).

6. Связи полярные, а молекула нет в случае:

1) BeCl₂; 3) BF₃;

2) NH₃; 4) CH₄.

Ответ: 1, 3, 4 – т.к. NH₃ имеет дипольный момент, направленный от «+» к «-», возникающий вследствие наличия НЭП.

У соединений 1, 2, 4 векторы дипольных моментов не компенируются.

6. В ряду SiCl₄ → PCl₃ → SCl₂ степень полярности химической связи:

1) растет; 3) сначала растет, потом уменьшается;

2) уменьшается; 4) сначала уменьшается, потом растет.

Ответ: 2 – т.к. уменьшается разность в электроотрицательности между хлором и элементом.

6. Прочность связи сначала растет, а потом ослабевает в рядах молекул:

1) HF, HCl, HI 3) NH₃, PH₃, SbH₂

2) H₂Te, H₂O, H₂S 4) SiH₄, CH₄, GeH₄

Ответ: 2 – т.к., в рядах находятся вещества, образованные элементами – аналогами; чем сильнее перекрываются орбитали, тем прочнее связь. Перекрывание орбиталей зависит от радиуса. В случае 2 радиус сначала растет от теллура к кислороду и падает к сере.

6. Про молекулу SF₄ можно сказать, что:

   1. в ней 4 σ- связи;

   2. имеется π - связь;

   3. молекула полярна;

   4. центральный атом имеет одну НЭП;

   5. форма – неправильный тетраэдр;

   6. гибридизация серы sp³d;

   7. относится к типу АБ₄Е.

1) 1, 3, 4, 5, 6, 7; 3) 1, 7;

2) все правильные; 4) 1, 4, 7;

Ответ: 1 – т.к.

1. Число σ - связи равно 6, к.ч. = 4

2. π-связей нет, т.к. σ-связи 4 + 1 НЭП (4 электрона +2 электрона), все валентности реализованы.

3. Молекула полярна, т.к. имеется дипольный момент (не симметричная).

4. Число НЭП = (6 – 4)2 = 1

5. Неправильный тетраэдр, т. к. две НЭП влияют на искажение правильного тетраэдра.

6. Т.к. 4 σ-связи, в ее образовании участвуют 4 неспаренных электрона, таким образом гибридизации подвергаются одна s-, три p- и одна d-орбитали

P.S. Это задание комплексное, выносится на экзамен, будет представлено в виде письменного задания, а не теста.