15.3 Примеры решения задач

З адача 1. Определите число σ- и π-связей в молекуле серной кислоты. Решение: 1) составим графическую формулу серной кислоты. Для этого сначала определим валентность серы, используя правило: число единиц валентностей кислорода равно сумме числа единиц валентностей серы и водорода. Так как валентности водорода и кислорода соответственно равны I и II, то валентность серы равна VI. Необходимо помнить, что атомы одного элемента друг с другом не соединяются. Cоставляем графическую формулу: Н – О O S Н – О O 2) Важно знать, что все простые одинарные связи в молекулах являются σ-связями, а в кратных связях только одна из них может быть σ-, а остальные π-связи. Так как в молекуле серной кислоты есть двойные связи, то одна из двойных связей σ-, а другая π-связь. Следовательно, всего в молекуле 6 σ-связей и 2 π-связи. Задача 2. Каков тип гибридизации атомов углерода и кремния в молекулах СО₂ и SiH₄. Какую форму имеют эти молекулы? При определении типа гибридизации и формы химической частицы предлагаем поступать следующим образом: − найти центральный атом и определить число σ-связей (по числу концевых атомов); − определить степень окисления атомов в частице; − составить электронную конфигурацию центрального атома в нужной степени окисления; − изобразить схему распределения валентных электронов центрального атома по орбиталям , при этом максимально спаривают электроны; − отметить орбитали, участвующие в образовании связей с концевыми атомами; − определить тип гибридизации, учитывая все орбитали, участвующие в образовании связи, а также неподеленные электроны; − если валентных орбиталей недостаточно, используют орбитали последующих энергетических уровней; − по типу гибридизации определить геометрию химической частицы. Решение: 1) Центральными атомами в молекулах являются улерод и кремний. Причем углерод образует 2 σ-связи, а кремний 4. Степень окисления углерода +4, а кремния -4. Электронные конфигурации атомов в данных степенях окисления: С 1S²2S²2P² Si 1S²2S²2P⁶3S²3P² В атомах углерода и кремния в возбужденном состоянии на внешнем уровне по одному s- и по три р-электрону:

↑

↑

↑

↑

…S¹ P³ При образовании молекулы СО₂ атом углерода находится в состоянии sp-гидридизации и образует две σ-связи с двумя атомами кислорода под углом 180⁰. Молекула имеет линейную форму. 2) При образовании молекулы SiH₄ атом кремния находится в состоянии sp³-гидридизации и образует четыре σ-связи с атомами водорода под углом 109⁰28'. Молекула имеет форму тетраэдра.

15.4 Семинар № 5 «Химическая связь и строение молекул» Цель: рассмотреть механизмы образования ковалентной, ионной, металлической и водородной связей. Отработать навыки определения типа гибридизации атомов, числа σ- и π-связей в молекулах и предсказания их формы. Вопросы для обсуждения и задания: 1. Что такое химическая связь? Какие группировки электронов являются наиболее устойчивыми? Приведите примеры. 2. Объясните, как связаны со строением атома: а) химическая инертность элементов Не и Ne; б) химическая активность остальных элементов? 3. Какая связь называется ковалентной? Каких она видов бывает? 4. Напишите электронные и структурные формулы молекул: HBr, H₂S, РН₃, SiH₄, Вr₂. 5. Когда ковалентная связь образуется по донорно-акцепторному механизму? При­ведите примеры. 6. Чем характеризуется ковалентная связь? От чего зависит полярность молекул? Что является мерой полярности молекул? Молекулы каких веществ: а) неполярны; б) полярны? Приведите примеры. 7. Напишите электронные формулы следующих веществ: Н₂О, NH₃, HBr, F₂, N₂ и укажите свойства ковалентных связей (направленность, полярность, кратность). 8. Какая ковалентная связь называется: а) σ-связью; б) π-связью? Чем определяется кратность связи? Определите число σ- и π-связей в молекулах SO₃, H₂CO₃, H₂S. 9. Что такое гибридизация атомных орбиталей? Виды гибридизации. 10. Каковы градусные меры валентных углов в молекулах, орбитали центральных атомов в которых находятся в состоянии sp-, sp²- и sp³-гибридизации? Каковы формы таких молекул? 11. Предскажите форму следующих молекул и ионов: CaCl₂, SO₂, SO₄^2-. 12. Какая связь называется ионной? Примеры. 13. В каких веществах образуется водородная связь и как она влияет на свойства веществ? 14. Какая связь называется металлической? Для каких веществ, и в каком агрегатном состоянии характерна металлическая связь?

15.5 Тесты для самопроверки Тест 1 1. Энергетическая перестройка одного s- и трех р-электроных облаков центрального атома в моле­куле, называется .…. (Введите ответ) □□□□□□□□□□□□□□□ 2. Тип гибридизации электронных облаков атома углерода в молекуле CF₄ 1) sp- 2) sp²- 3) sp³- 4)sp³d- 3. Полярность связи С-Э возрастает в ряду 1) CO₂, CS₂, CCl₄ 2) CF₄, CH₄, CO 3) CS₂, CO₂, CF₄ 4) CCl₄, CO, C₂H₆ 4. Свойства ионной химической связи 1) ненаправленность и ненасыщаемость 2) насыщаемость и ненаправленность 3) ненасыщаемость и направленность 4) насыщаемость и направленность 5. Угол между воображаемыми линиями, проходящими через ядра химически связанных атомов, называется .…. (Введите ответ) □□□□□□□□□□□□□□□ 6. Атом, отдающий ни с кем не поделенную электронную пару для образования связи, называется… (Введите ответ) □□□□□□□□□□□□□□□ 7. Химическая связь в молекуле NaJ 1) ковалентная неполярная 2) ковалентная полярная 3) ионная 4)донорно-акцепторная 8. Число химических связей в молекулах увеличивается в ряду 1) H₂O, CO₂, H₂S 2) N₂, CH₄, O₂ 3) NH₃, C₂H₄, PCl₃ 4) SO₃, C₂H₆, H₂SO₄ 9. Установите соответствие

	Связь	Механизм образования
1)	ковалентная	□ электростатическое притяжение
2)	ионная	противоположно заряженных ионов
3)	донорно-	□ за счет электронной пары одного
акцепторная		элемента и свободной энергетической ячейки
		другого атома
		□ за счет обобществленной пары электронов

10. Длина связи увеличивается в ряду 1) PCl₅, PF₅ 2) ClF₃, BrF₃ 3) SnCl₄, SiCl₄ 4) C₂H₆, C₂H₄

Тест 2 1. Химическая связь, возникающая при взаимодействии электронных р- облаков и перпендикуляр­ная σ-связи, называется .…. (Введите ответ) □□□□□□□□□□□□□□□ 2. Энергетическая перестройка одного s- и одного р-электроного облаков центрального атома в молекуле называется .…. (Введите ответ) □□□□□□□□□□□□□□□ 3. Прочность связи увеличивается в ряду 1) NH₃, PH₃ 2) H₂, Br₂ 3) CS₂, CO₂ 4) HBr, HJ 4. При гибридизации происходит 1) образование электронных орбиталей одинаковой формы и энергии 2) выравнивание всех электронных облаков 3) образование тетраэдрической формы молекулы 4) приобретение одинаковых валентных углов 5. Число химических связей в молекулах увеличивается в ряду 1) HClO₂, CO, HCl 2) O₂, CF₄, C₂H₆ 3) HF, C₂H₂, PF₃ 4) SO₂, CCl₄, Na₂S 6. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле ВСl₃ 1) sp- 2) sp²- 3) sp³- 4) sp³d²- 7. Химическая связь в молекуле NO 1) ковалентная неполярная 2) ковалентная полярная 3) ионная 4) донорно-акцепторная 8. Свойства ионной химической связи 1) мощность, прочность, кратность, направленность 2) длина, энергия, ненасыщаемость, ненаправленность 3) прочность, кратность, длина, направленность 4) потенциал ионизации, длина, насыщаемость, прочность 9. Число π-связей уменьшается в ряду 1) СO₂, SO₂, NO₂ 2) C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆ 3) H₂SO₄, C₂H₂, N₂ 4) H₃PO₄, CrO₃, C₂H₄ 10. Установите соответствие

Тип гибридиза­ции		Механизм	и форма	молекул
1)	sp-	□ гибридизация	одной	s- и трех	р-
2)	sp2-	орбиталей
3)	sp3-	□ тетраэдрическая
		□ гибридизация	одной	s- и двух	р-
		орбиталей
		□ треугольная
		□ гибридизация	одной	s- и одной	р-
		орбитали
		□ линейная