2.2. Природа химической связи и строение химических соединений

Пример 1. Пользуясь методом валентных связей, показать образование молекулы HCl. Указать тип связи; изобразить графически молекулу HCl.

Ответ: В состав молекулы HCl входят атомы H и Cl, характеризующиеся различной ОЭО. При взаимодействии атомов неспаренные электроны образуют общую электронную пару, которая будет смещаться в сторону атома Cl, т.к. он более электроотрицателен. Связь – ковалентная, полярная. Ее образование можно представить следующим образом:

₁H⁰: 1s¹

^{17Cl0: 1s22s22p63s23p}5



или, учитывая ОЭО атомов,

Т.к. при образовании молекулы образовалась одна электронная пара, то связь однократная (одинарная) и графически молекула выглядит так: H–Cl.

При образовании связи происходит перекрывание электронных облаков атомов H и Cl. Это можно показать следующим образом:

Связь, образующаяся между H и Cl, является -связью, т.к. она находится на линии, соединяющей ядра атомов.

Пример 2. Показать возбужденное состояние атомов серы. Определить ее максимальную ковалентность.

Ответ:

Основное состояние атома серы:

₁₆S⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Заполнение электронами энергетических ячеек (орбиталей) для внешнего уровня выглядит так:

16S0: …

В алентность S равна II, т.к. имеется 2 неспаренных электрона. Атом серы может перейти в возбужденное состояние за счет перехода электронов с 3s- и 3p-подуровней на свободные орбитали 3d-подуровня:

Возбужденное состояние атома является причиной переменной валентности серы. Например:

H₂S, валентность = II (H–S–H)

SO₂, валентность = IV (O=S=O)

SO3, валентность = VI

Максимальная ковалентность (т.е. способность образовывать ковалентные связи) для атома серы равна VI.

Примечание: возбужденное состояние возможно только для тех атомов, у которых есть свободные орбитали, на которые могут переходить электроны. Расспаривание электронов возможно только в пределах данного уровня. Для большинства элементов максимальное число неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии равно номеру группы, в которой находится элемент.

2.3. Комплексные соединения

Пример 1. Определить степень окисления (С.О.) и координационное число (К.Ч.) комплексообразователя в соединениях, написать диссоциацию и составить выражения для констант нестойкости (К_нест.)

а) K₄[Fe(CN)₆], б) [Cu(NH₃)₄]SO₄

Ответ: С.О. комплексообразователя определяется при подсчете зарядов всех компонентов (ионов и молекул), входящих в К.С. Следует помнить, что в целом молекула К.С. электронейтральна, т.к. заряд внешней сферы К.С. компенсируется зарядом внутренней сферы.

К.Ч. определяется числом монодентатных лигандов, окружающих комплексообразователь (центральный ион) и входящих во внутреннюю сферу. Лигандами могут быть как заряженные ионы, так и нейтральные молекулы.

Диссоциация К.С. протекает в 2 стадии, причем II стадия – распад комплексного иона – практически не идет, что доказывается малыми величинами К_{нестойкости}. Чем меньше К_нест. комплексного иона, тем более устойчив сам комплекс.

а) С.О.(Fe) = +2; К.Ч. = 6

Диссоциация:

I_ст K₄[Fe(CN)₆]  4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4–

II_ст [Fe(CN)₆]^4–  Fe²⁺ + 6CN^–

б) . С.О. (Cu) = +2; К.Ч. = 4.

Диссоциация:

I_ст. [Cu(NH₃)₄]SO₄  [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2–

II_ст. [Cu(NH₃)₄]²⁺  Cu²⁺ + 4NH₃⁰

Пример 2. Дописать реакцию образования К.С. и назвать продукт.

а) AgCl + NH₃  к.ч. = 2

б) KCl + PtCl₄  к.ч. = 6

Ответ: При написании продукта реакции следует помнить, что комплексообразующими свойствами обладают в первую очередь d-элементы (малоактивные металлы), затем p-элементы. Для s-элементов комплексообразование не характерно.

В названиях К.С. следует использовать номенклатуры Штока или Эвенса-Бассета.

а) - комплекс катионного типа.

Шт: Диаммин серебро (I) хлорид

Э-Б: Диаммин серебро (1+) хлорид, где (I) – С.О. комплексообразователя Ag, а (1+) – заряд комплексного иона.

б) - комплекс анионного типа.

Шт: Калий гексахлороплатинат (IV).

Э-Б: Калий гексахлороплатинат (2–), где (IV) – С.О. комплексообразователя Pt, а (2–) – заряд комплексного иона.

Пример 3. Допишите реакцию обмена между двумя солями …. Назовите полученный комплекс, напишите для него диссоциацию и составьте выражение К_{нестойкости}.

Ответ:

3FeSO₄ + 2K₃[Fe(CN)₆]  Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 3K₂SO₄

Fe₃[Fe(CN)₆]₂ – комплекс анионного типа

Шт: железо гексацианоферрат (III),

Э-Б: железо гексацианоферрат (3–).

Диссоциация:

I_ст. Fe₃[Fe(CN)₆]₂  3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3–

II_ст. [Fe(CN)₆]^3–  Fe³⁺ + 6CN^–

Пример 4. Определите величину и знак заряда комплексного иона:

а) ,

б) . Чему равно координационное число?

Ответ:

а) , к.ч. = 6.

б) , к.ч. = 6.

Заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой зарядов ионов-комплексообразователей и лигандов, а координационное число зависит от С.О. комплексообразователя и равно сумме лигандов.

В данных примерах следует учесть, что молекула H₂O электронейтральна, а оксалат-ион C₂O₄^2- - бидентатный лиганд.