Химия_1 / prakticheskie

(промотується) на вільну орбіталь вищого підрівня. У результаті ковалентність зростає на дві одиниці:

електронегативностей (ЕН) атомів, що утворюють зв'язок,

розрізняють полярний і неполярний ковалентні зв'язки. Якщо зв'язок утворений атомами з однаковою ЕН, загальні електронні пари будуть належати обом атомам в однаковій мірі, і утворений зв'язок буде неполярним. Наприклад, у гомоядерних (що утворені однаковими атомами) молекулах

H2, О2, N2:

H : H O :: O N ::: N

Коли зв'язок утворюється атомами з різними ЕН, спільна електронна пара зміщується у бік атома більш електронегативного елемента, й утворений зв'язок стає полярним. На більш електронегативному атомі виникає деякий надлишок негативного заряду (δ-), а на менш електронегативному – його недостача (δ+), і двохатомна

зарядів називається довжиною диполя l. Кількісною мірою

полярності зв'язку служить дипольний момент , що дорівнює добуткові довжини диполя l на його електричний заряд q,

тобто = l · q. Одиниця виміру дипольного моменту зв'язків та молекул – дебай, позначається D (1D = 3,33·10-30 Кл·м). Кількісно про полярність зв'язку можна судити також по

різниці електронегативностей атомів ( ЕН). Чим вона більша, тим полярність зв'язку вища.

51

Приклад 3. Як змінюється полярність зв'язку в ряду: HF, HCl, HBr, HI?

Розв’язання. Оцінимо полярність зв'язку в кожній молекулі, обчисливши різницю електронегативностей атомів,

електронегативного елемента приводить до утворення іонного зв'язку. Іонний зв'язок утворюється тоді, коли атоми, що приймають участь в утворенні хімічного зв'язку, сильно відрізняються електронегативністю. Наприклад, Na і F

утворюють NaF – сполуку з іонним зв язком.

Хімічні зв'язки формуються електронами не тільки на незмінних АО, а і на "змішаних", так званих гібридних орбіталях. Це відбувається тоді, коли в утворенні зв'язку приймають участь електрони різних, але близьких по енергії орбіталей, наприклад, s- і p-електрони одного рівня. При гібридизації первісна форма й енергія атомних орбіталей змінюються і утворюються гібридні орбіталі, нової, вже однакової форми й енергії. Запам'ятайте, що число гібридних орбіталей завжди дорівнює сумарному числу вихідних орбіталей. Крім того, гібридна електронна хмара асиметрична: має більшу витягнутість по одну сторону від ядра. Тому хімічні зв'язки, утворені за участю гібридних орбіталей, мають більшу міцність. В той же час, гібридні орбіталі через взаємне відштовхування розташовуються в просторі найбільш симетрично (під максимальним кутом одна до одної).

Приклад 4. Визначте тип гібридизації і геометрію молекул

BeCl2 , AlCl3, і SiН4.

Розв’язання. а) Розглянемо електронну структуру атомів

52

Вe і Cl. У стаціонарному стані атом берилію не має неспарених валентних електронів і не може утворити зв'язки шляхом їх спарювання з електронами інших атомів. У збудженому стані один з електронів промотується на вільну р-орбіталь і тепер атом берилію спроможен надавати для

утворення зв язків одну s- і одну p-орбіталі.:

Різні за формою й енергією s- і p-орбіталі гібридизуються й утворюють дві sp-гібридні орбіталі, розташовані одна відносно одної під кутом 1800 :

або якщо розглядати їх разом:

Такий тип гібридизації називається sp-гібридизацією. Валентною орбіталлю атома хлору є p-орбіталь (Cl 3s2 3p5):

Отже, ковалентні зв'язки в молекулі BeCl2 утворюються перекриванням sp-гібридних орбіталей атома берилія з двома p-орбіталями двох атомів хлору:

Зв'язки спрямовані під кутом 1800, молекула BeCl2 має лінійну форму.

б) Електронна структура валентної оболонки атома алюмінію має вигляд: 3s23p1 :

53

У стаціонарному стані атом алюмінію має один неспарений електрон і може утворити за обмінним механізмом лише один хімічний зв'язок. Ковалентність атома алюмінію, що дорівнює трьом, можлива у збудженому стані атома: Al* 3s13p2

Одна s- і дві р-орбіталі атома алюмінію в момент утворення зв'язку перетворюються в три sp2-гібридні орбіталі, розташовані в одній площині під кутом 1200.

120o

Такий тип гібридизації називається sp2–гібридизацією. Ковалентні зв'язки у молекулі AlCl3 утворюються перекриванням трьох sp2–гібридних орбіталей атома алюмінію з трьома p-орбіталями трьох атомів хлору. Гібридні зв'язки спрямовані під кутом 1200. Ядра всіх взаємодіючих атомів лежать в одній площині. Молекула має форму плоского трикутника.

54

Частинка, що надає для зв'язку електронну хмару, називається донором. Частинка з вільною орбіталлю, що приймає цю електронну пару, називається акцептором. Механізм утворення ковалентного зв'язку у такий спосіб називається донорно-акцепторним.

56

Приклад 5. Описати з позиції методу ВЗ утворення іона тетрафтороборату BF4 .

Розв’язання. Утворення іона BF4 можна представити так:

BF3 + F- BF4

Молекула BF3 утворюється аналогічно молекулі AlCl3, розглянутої в прикладі 4(б).

В утворенні молекули BF3 беруть участь 3 електрони атома бора і три електрони трьох атомів фтору за схемою:

..

:F:

.. ..

:F:B

.. ..

:F:

..

Зі схеми видно, що у атома бора є вакантна (вільна) орбіталь. Отже, в утворенні ковалентного зв'язку по донорноакцепторному механізму атом бору може виступати у ролі

акцептора. Електронна структура валентної оболонки іона F- має вигляд: F- 2s2 2p6.

Іон фтору, що має чотири неподілені пари електронів, є донором електронів. Надаючи одну з чотирьох неподілених електронних пар атому бору, іон F- утворить з ним ковалентний зв'язок по типу донорно-акцепторного.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Визначте тип хімічного зв'язку, ковалентність і ступінь окиснення елементів у наступних сполуках:

1.H2S, Cl2, KI, NH4Cl, NH3;

2.HF, CCl4, O2, N2, KF.

Визначте валентність і ступінь окиснення азоту і вуглецю

57

в молекулах:

3.N2, NH3, N2H4, NH2OH, NF3;

4.CH4, CCl4, C2H4, C2H6 , C2H2..

5.Чому дорівнює ковалентність фосфору у стаціонарному та збудженому станах? Які атомні орбіталі беруть участь в утворенні сполук PCl3 і PCl5?

6.У стаціонарному чи збудженому стані знаходяться атоми фосфору, сірки і миш'яку при утворенні молекул: PCl3 та PCl5;

H2S та SO3; AsH3 та H3AsO4?

7.Зобразіть електронну схему утворення молекул Cl2, H2, N2. Поясніть, чому молекула азоту має високу міцність?

8.Як повинні змінюватися значення дипольних моментів

молекул у ряду: NH3, PH3, AsH3? Покажіть також малюнком, чому векторна сума диполів зв'язків виявляється різною для двох трьохатомних молекул CO2 і H2O?

9.Чому вода і фтороводень, маючи меншу молекулярну масу, киплять при більш високих температурах, чим водневі сполуки їхніх аналогів по підгрупі?

10.Простежте утворення іона [Zn(NH3)4]2+ по методу ВЗ. Яка геометрія цього іона?

11.Вкажіть, як змінюється полярність зв'язків у ряду: H2O, H2S, H2Se, H2Te.

Визначте тип гібридизації атомних орбіталей і геометрію молекул у сполуках:

12.SiF4, BeF2, AlF3.

13.BeH2, SiH4, BBr3.

14.AlCl3, CH4, CS2.

15.BCl3, BeCl2, SiH4.

16.C2H2, C2H4, C2H6.

17.Поясніть, чому максимальна ковалентність фосфору може бути рівною п'яти, а в азоті такий валентний стан відсутній?

58

18.Електричний момент диполя молекули PH3 дорівнює 0,18 10-29 Кл м. Обчисліть довжину диполя молекули PH3.

19.Визначте, у якому з оксидів елементів третього періоду періодичної системи Д.І.Менделєєва зв'язок Э – О найбільше наближається до іонного.

20.Які типи хімічного зв'язку між атомами є в іоні NH4+? Покажіть схему утворення цього іона з молекули NH3 і іона

H+.

6. КОМПЛЕКСНІ СПОЛУКИ

Мета вивчення теми:

-аналізувати склад та будову комплексної сполуки; визначати комплексоутворювач (М), ліганди (L),

-визначати заряд комплексної частинки, координаційне число (КЧ) і ступінь окиснення комплексоутворювача;

-розрізняти катіонні, аніонні і нейтральні комплексні сполуки;

-визначати природу хімічного зв’язку в комплексних сполуках;

-складати рівняння дисоціації комплексних сполук у водних

розчинах і вираз для константи нестійкості Кн комплексного іона;

-розрізняти подвійні та комплексні солі;

-складати рівняння реакцій утворення комплексних сполук, рівняння реакцій обміну за участю комплексних сполук у молекулярному та іонному виглядах.

Комплексні сполуки (КС) – це складні сполуки, які містять стійкі у розчинах комплексні частинки, що мають центральний атом. Згідно з координаційною теорією А.Вернера, центральне місце в молекулі КС займає комплексоутворювач (М), навколо якого координуються ліганди (L). Комплексоутворювач та ліганди утворюють внутрішню сферу (або комплексний іон). У ролі М найчастіше виступають катіони d-елементів , а у ролі лігандів – аніони або

59

нейтральні молекули (NH3, H2O,OH-, F-, Cl-, Br-, CN-, CNS-, NO2- та ін.). Алгебраїчна сума зарядів комплексоутворювача і лігандів визначає заряд комплексного іона. У залежності від заряду комплексного іона розрізняють катіонні, аніонні і нейтральні КС. Координаційне число (КЧ) комплексоутворювача визначається числом місць наданих комплексоутворювачем лігандам і, частіше за все, в два рази більше за ступінь окиснення комплексоутворювача.

Зовнішня сфера КС складається з позитивних або негативних іонів, які не ввійшли до внутрішньої сфери комплексної сполуки. Якщо ми маємо нейтральну комплексну частинку, зовнішня сфера взагалі відсутня.

Приклад 1. Визначте комплексоутворювач, ліганди, заряд комплексного іона і координаційне число комплексоутворювача у сполуках: [Ni(NH3)3Cl]Cl; [Cr(NH3)6](OH)3.

Розв’язання: [Ni2+(NH3)30Cl-]+Cl. В даній КС в зовнішній сфері знаходиться один хлорид-іон (Cl-), значить, комплексний іон має заряд 1+ (катіонний комплекс). В комплексному іоні комплексоутворювачем є Ni2+, а лігандами

– три молекули NH3 і один хлорид-іон. Ступінь окиснення М визначаємо за різницею між зарядом комплексного іона та

сумарним зарядом лігандів: (1+) – [3 0+1 (-1)] = +2. Число

лігандів дорівнює чотирьом, тому КЧ = 4. [Cr+3(NH3)60]3+(OH)3¨

В даній КС у зовнішній сфері знаходиться три ОН- групи, тобто заряд комплексного іона 3+. Комплексоутворювачем є Cr+3, а лігандами – шість нейтральних молекул аміаку NH3.

КЧ= 6.

Приклад 2. Дано ряд частинок: Cu2+, NH30, CN-, K+, NO3-. Складіть з них формули аміачного і ціанідного комплексів.

Розв’язання: З усіх частинок комплексоутворювачем може бути тільки Cu2+ (d-елемент), його КЧ дорівнює 4.

60