2. ЗаданиЯ по теме «ковалентная химическая связь и строение молекулярных частиц»

2.1.Опишите строение предложенных в варианте задания молекул и молекулярных ионов по методу валентных связей (мвс):

а) составьте структурную формулу;

б) определите геометрию молекулы (молекулярного иона) по методу отталкивания валентных электронных пар;

в) определите полярность связей и полярность молекулярной частицы;

г) объясните, как образуются связи:

- укажите, какие связи (σ, π) в молекулярной частице;

- механизм образования (обменный или донорно-акцепторный);

- из каких частиц (атомов, ионов) формируется молекулярная частица;

- составьте электронно-графические формулы валентных электронов (в основном и возбужденном состояниях);

- определите тип гибридизации атомных орбиталей центрального атома;

• составьте схему перекрывания атомных орбиталей, при образовании

σ – связей;

- опишите, как образуются π- связи.

Пример

Описать строение молекулы NH₃ по методу валентных связей (МВС).

Решение:

Составим электронные формулы атомов.

₇N 1s²2s²2p³ валентные электроны 2s²2p³; ↑ ↓ ↑ ↑ ↑

₁H 1s¹ валентный электрон 1s¹ ↓

Атом азота имеет три неспаренных электрона и четыре валентные атомные орбитали. Возбужденное состояние для него энергетически невыгодно, так как в валентном уровне нет свободных орбиталей. Валентность атома азота в соединениях может быть 3 или максимально – 4. У атома водорода один неспаренный электрон и его валентность в соединениях только 1.

Атом N является центральным, вокруг которого координируются атомы Н.

Можно записать структурную формулу молекулы NH₃.

Атом азота находится в основном состоянии. Три неспаренных электрона образуют три ковалентные σ- связи по обменному механизму. В образовании связей у атома азота принимают участие одна s-орбиталь и три p-орбитали (с учетом неподеленной пары электронов). Следовательно, должна наблюдаться sp³- гибридизация валентных атомных орбиталей атома азота.

σ-Связи N-H образуются по обменному механизму перекрыванием sp³-гибридных атомных орбиталей атома азота и 1s-орбиталей атомов водорода.

sp³ –Гибридные атомные орбитали ориентированы из центра тетраэдра к его вершинам, под углом 109°28'. Одна из вершин «тетраэдра» (в направлении неподеленной электронной пары) остается свободной. Таким образом, молекула NH₃ имеет геометрическую форму треугольной пирамиды, вершиной которой является атом азота, а в основании находятся атомы водорода. Валентный угол между связями HNH должен составлять 109°28'.

Степень ионности связи N-H находим на основании табл. 6 и 7. Чем выше различие в ЭО, тем в большей степени cвязь приближается к ионной. Например, для связи Н-F: ΔЭО = 4-2,1=1,9; следовательно, связь полярно-ионная на 50%.

Рассчитаем ионность связи N-H. Значение ∆ЭО=0,9 находится между значениями 0,6 и 1,2. Разница 1,2-0,6=0,6 единиц, разница степени ионности: (25 – 7 = 18). Разница ∆ЭО в нашем случае: (0,9 - 0,6 = 0,3). На разность ∆ЭО = 0,3 приходится разность степени ионности, рассчитанная по пропорции:

0,6 - 18 х=9.

0,3 - х

Прибавляем 9 к меньшему значению 7 и получаем степень ионности связи N-H: (7 + 9=16%).

Так как σ - связи молекулы полярные и молекула NH₃ имеет несимметричное строение, то суммарный дипольный момент молекулы не равен 0 (μ≠0), т.е. молекула NH₃- полярная и ее можно представить как диполь, в котором избыточный отрицательный заряд находится на азоте, а положительный на атомах водорода.

Теоретический валентный угол HNH (без учета гибридизации) равен 90°, но так как наблюдается sp³-гибридизация, валентный угол должен приблизиться к 109°28', справочные данные -107°.

Таблица 6

Определение степени ионности связи

ΔЭО	0	0.6	1.2	1.8	2.2	2.6
Степень ионности связи, %	0	7	25	47	61	74

Таблица 7

Относительные электроотрицательности элементов (по Полингу)

Н 2,2

Li 1,0

Be 1,6

В 1,8

C 2,5

N 3,0

O 3,4

F 4,0

Nа 0,93

Mg 4,3

Al 1,6

Si 1,9

P 2,2

S 2,6

Cl 3,2

K 0,82

Ca 1,0

Sc 1,4

Ti 1,5

V 1,6

Cr 1,7

Mn 1,6

Fe 1,8

Co 1,9

Ni 1,9

Cu 2,0

Zn 1,6

Gd 1,8

Ge 2,0

As 2,2

Se 2,6

Br 3,0

Rb 0,82

Sr 0,9

Y 1,2

Zr 1,5

Nb 1,6

Mo 2,2

Tc -

Ru 2,2

Rh 2,3

Pd 2,2

Ag 1,9

Cd 1,7

In 1,6

Sn 1,8

Sb 2,0

Te 2,1

I 2,7

Cs 0,79

Ba 0,9

Pt 2,3

Au 2,5

Hg 2,0

Tl 2,0

Pb 2,3

Bi 2,0

PO -

Значения, указанные для переходных металлов, относятся к состоянию окисления +2.

Таблица 8

Геометрия основных типов молекулярных структур

Число стерео-активных электр. пар	Расположение Электронных пар	Число связы-вающих электр. пар	Число непо-делен-ных пар	Геометрия молекулы	Примеры
1	2	3	4	5	6
2	линейное	2	0	линейная =Х= линейная	СO2, N2O, HCN
3	треугольное равностороннее	3 2	0 1	плоская треугольная изогнутая		SO3, BF3, СН2О CO32-,NO3- SO2, NO2-

Продолжение

1	2	3	4	5	6
4	тетраэдрическое	4 3 2	0 1 2	тетраэдричес-кая тригональная пирамидальная изогнутая	CH4, NH4+ SO42- BF4- NH3, ClO3-, SO32- PCl3 H3O+ H2O ClO2-
5	тригональное бипирамидальное	5 4 3 2	0 1 2 3	тригональная бипирамидаль-ная «ходульная» Т-образная линейная	PCl5 SbCl5 SF4 TeCl4 ClF3 BrF3 XeF2 J3-
6	октаэдрическое	6 5 4	0 1 2	октаэдрическая пирамидальная квадратная плоская квадратная	SF6 SiF2- PF6- BrF5,ХeOF4, SbCl5 BrF4-, ХeF4