Задачи
3.14.Какова ковалентность следующих атомов в основном и возбужденных состояниях: H, C, N, O, S, P, F, Cl, Mg, Al?
3.15.Изобразить энергетические диаграммы для валентных электронов углерода и кислорода, соответствующие ковалентности, равной нулю. Являются ли эти состояния атомов С и О возбужденными?
3.16.Написать структурные формулы частиц BeCl2, SCl2, AlF3, PCl3, ICl3, SiH4, PCl4+, PCl5, PCl6−, SiF62−. Предложить их простран-
ственное строение, используя метод отталкивания валентных электронных пар Гиллеспи.
3.17.Используя метод отталкивания валентных электронных пар Гиллеспи или представления о гибридизации атомных орбиталей,
предложить пространственное строение молекул C2F2, C2F4, CF4, COCl2, SOCl2, CS2, SO2Cl2, POCl3.
3.18.Какие из приведенных частиц являются линейными: NO2, NO2+, NO2−?
3.19*. Предложить пространственное строение молекул HNO2,
HNO3, N2O, HCN, HSCN, O3, Cl2O7, XeO2F2, XeO4, IOCl3, IO65−.
3.20*. Каково пространственное строение молекул NH2-CH2-CH3 и NH2-CH=CH2? Объяснить отличие направленности связей, которые образует атом азота в этих частицах.
3.21*. Отличается ли длина связи С=О в молекулах ацетальдегида и уксусной кислоты?
3.22*. Предложить пространственное строение комплексных ио-
нов [Ag(NH3)2]+, [ICl4]−, [Co(NH3)6]3+.
44
3.23*. Возможны ли изомеры для соединений состава CCl3F, [Zn(NH3)2Cl2], [Pt(NH3)2Cl2]?
3.24*. Почему азот образует двухатомные молекулы N2, а фо с- фор – молекулы Р4? Учитывая, что ковалентность атома Р равна 3, объяснить, какое пространственное строение могут иметь молекулы Р4.
3.25*. Димер Al2Cl6 и полимер (PdCl2)n имеют следующее строение:
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Al |
Al |
... |
Pd |
Pd |
... |
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Cl |
Объяснить, почему Al находится в центре тетраэдра, а Pd – в центре квадрата из атомов хлора.
3.2.3. Дипольный момент молекул
Простейшей моделью системы, содержащей электрические заряды, но в целом электронейтральной, является электрический ди-
поль.
Электрический диполь представляет собой два заряда Q, равных по величине, но различных по знаку, находящихся на расстоянии l друг от друга.
Электрический дипольный момент рe = Q·l. Дипольный мо-
мент – вектор, который направлен от «минуса» к «плюсу»:
.
Электроотрицательность (ЭО) – количественная характеристика способности атома смещать к себе общие электронные пары. Связь ЭО с положением некоторых элементов в ПС приведена ниже в таблице. Из таблицы видно, что в горизонтальном направлении (по рядам ПС) ЭО увеличивается, а в вертикальном направлении (по группам ПС) – уменьшается.
45
Значения ЭО некоторых элементов по Полингу
H |
|
|
|
|
|
|
2,1 |
|
|
|
|
|
|
Li |
Be |
B |
C |
N |
O |
F |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
Na |
Mg |
Al |
Si |
P |
S |
Cl |
0,9 |
1,2 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,5 |
3,0 |
K |
|
|
|
|
|
Br |
0,8 |
|
|
|
|
|
2,8 |
Rb |
|
|
|
|
|
I |
0,8 |
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Cs |
|
|
|
|
|
At |
0,7 |
|
|
|
|
|
2,2 |
|
|
|
|
|
|
|
В симметричной молекуле Н2 центры положительного и отрицательного зарядов совпадают. Такая молекула имеет рe = 0. В несимметричной молекуле НCl из-за большей ЭО Cl происходит сме-
щение электронного облака σ-связи в сторону Cl. Появляется электрический диполь ре ≠ 0. Направление рe от Cl(δ–) к H(δ+).
Единица измерения рe Кл∙м. Поскольку расстояния между атомами в молекулах ~ 10–10м, а заряд электрона равен 1,6∙10–19Кл, то рe отдельных химических связей ~ 10–29 Кл∙м. В справочной литературе иногда рe выражают в дебаях (1 D = 3,336∙10–30 Кл∙м). Например,
рe(НCl) = 1,04 D.
Химические связи с рe ≠ 0 называют полярными.
Если в молекуле несколько полярных связей, то дипольные моменты связей суммируют как векторы. Поэтому возникают случаи, когда связи в молекуле полярны, а суммарный рe молекулы равен нулю, т. е. молекула в целом неполярна.
Например, молекула CCl4 в целом неполярна, т. к. сумма рe полярных связей С–Cl в тетраэдре CCl4 равна 0; молекула Н2О полярна, т. к. рe двух полярных связей О→Н суммируются и дают ре(Н2О), направленный по биссектрисе валентного угла (НОН):
46
.. |
.. |
|
|
O |
|
H |
H |
|
pe(OH) |
p |
(OH) |
|
e |
|
pe(H2O)
Таким образом,
1)основной фактор, влияющий на величину дипольного момента связи, – это ∆ЭО элементов, образующих связь;
2)дипольный момент молекулы зависит от её геометрического строения;
3)определённый вклад вносят неподелённые пары электронов (или неспаренные электроны) на ГАО. Такая пара электронов соз-
даёт дипольный момент, направленный в сторону атома.
Например, NH3 и NF3:
.. ..
|
N |
|
N |
H |
H |
F |
F |
|
|||
|
H |
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
Сравнение ЭО Н(2,1), |
N(3,0) и F(4,0) показывает, что связи |
||
N–H и N–F должны обладать близкими ре, т. к. примерно равны |
|||
∆ЭО. |
|
ре(N–H) суммируются с ре электронной |
|
Однако в случае NH3 |
|||
пары, а в случае NF3 дипольные моменты связей в значительной степени компенсируются дипольным моментом неподелённой па-
ры. В итоге, ре(NH3) = 1,5 D, а ре(NF3) = 0,2 D.
В молекуле NO2 имеется один неспаренный электрон. Этот электрон в значительной степени локализован и занимает одну из трёх sp2-ГАО атома N:
47