Примеры решения задач
Пример 1. Объясните механизм образования молекулы SiF6 и иона [SiF6]2-
Решение. Приводим электронную формулу атома кремния: 14Si-1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
Приводим графическую схему распределения электронов по энергетическим ячейкам в:
а) невозбужденном состоянии
3s 3p 3d
14Si -…
3s 3p 3d
б) при возбуждении 14Si* - …
Четыре неспаренных электрона возбужденного атома кремния могут участвовать в образовании четырех ковалентных связей с атомами фтора (9F – 1s2 2s2 2p5), имеющему по одному неспаренному электрону с образованием молекулы.
Для образования иона [SiF6]4- к молекуле SiF4 присоединяются два иона F- (1s2 2s2 2p6), все валентные электроны которых спарены. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счет пары электронов каждого из фторид-ионов и двух валентных 3d-орбиталей атома кремния.
Пример 2. Представьте электронную конфигурацию молекулы О2 по методу МО.
Решение. Представим электронную конфигурацию молекулы О2 по методу МО:
Электронная формула атома кислорода: 8O – 1s22s22p2x2p1y2p1z .
Размещение электронов по молекулярным орбиталям:
2O (1s22s22px22p1y2p1z) =
= O2{( σ св 1s)2(σразр 1s)2(σсв 2s)2(σразр 2s)2 (σ св 2px )2(πcв 2py)2(πcв 2pz)2(πразр2py)1(πразр 2pz)1}
Определим порядок связи: Псв.= 10 – 6 / 2 = 4/2 = 2
В молекуле кислорода две кратные ковалентные химические связи: O = O
Парамагнетизм молекулы кислорода объясняется тем, что на разрыхляющих π- молекулярных орбиталях содержится по одному неспаренному электрону.
Контрольные задания
61. Что называется кратностью связи? Приведите примеры соединений, содержащих ординарные, двойные и тройные связи. Отметьте - и -связи в структурных формулах приведенных молекул.
62. Охарактеризуйте типы кристаллических структур по природе частиц узлов решеток. Какие кристаллические структуры имеют: CO2, CH3COOH, алмаз, графит, NaCl, Zn? Расположите их по порядку возрастания энергий кристаллических решеток. Что такое интеркалирование?
63. Почему существует молекула PCl5, но не существует молекула NCl5, хотя азот и фосфор находятся в одной и той же подгруппе VA периодической системы? Какой тип связи между атомами фосфора и хлора? Укажите тип гибридизации атома фосфора в молекуле PCl5.
64. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите примеры молекул с типично ионными связями и укажите тип кристаллической решетки. Составьте изоэлектронный ряд ксенона.
65. Согласно теории кристаллического поля определите, какой из ионов (CN- или H2O) влияет сильнее на энергию расщепления 3d-подуровня. Объясните образование комплексных ионов: низкоспинового [Fe(CN)6]4- и высокоспинового [Fe(H2O)6]2+ на основании теории кристаллического поля.
66. Приведите электронную конфигурацию молекулы NO по методу МО. Как изменяются магнитные свойства и прочность связи при переходе от молекулы NO к молекулярному иону NO+?
67. Какая связь называется - и какая - -связью? Какая из них менее прочная и более реакционноспособная? Изобразите структурные формулы этана C2H6, этилена C2H4 и ацетилена C2H2. Отметьте - и -связи на структурных схемах углеводородов.
68. Какие силы межмолекулярного взаимодействия называются диполь-дипольными (ориентационными), индукционными и дисперсионными? Объясните природу этих сил. Какова природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в каждом из следующих веществ: H2O, HBr, Ar, N2, NH3?
69. Какой тип гибридизации в молекулах CCl4, H2O, NH3 ? Изобразите в виде схем взаимное расположение гибридных облаков и углы между ними.
70. Приведите две схемы заполнения МО при образовании донорно-акцепторной связи в системах с атомными заселениями:
а) электронная пара – свободная орбиталь (2+0) и
б) электронная пара – электрон (2+1).
Определите порядок связи, сравните энергии связей. Какая из рассмотренных связей участвует в образовании иона аммония [NH4]+?
71. Приведите четыре примера молекул и ионов с делокализованными связями. Изобразите их структурные формулы.
72. Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа ABn, если связь в них образуется за счет sp-, sp2-, sp3- гибридизации орбиталей атома A ? Приведите примеры молекул с указанными типами гибридизации.
73. На основании положений зонной теории кристаллов охарактеризуйте металлы, проводники и диэлектрики. От чего зависит ширина запрещенной зоны? Какие примеси нужно добавить к кремнию, чтобы превратить его в:
а) n-полупроводник; б) р-полупроводник?
74. Приведите две схемы заполнения МО при взаимодействии двух АО с заселениями:
а) электрон + электрон (1+1) и
б) электрон + вакантная орбиталь (1+0).
Определите
ковалентность каждого атома и порядок
связи. В каких пределах энергия связи?
Какие из указанных связей в молекуле
водорода H2
и молекулярном ионе
?
75. На основании строения атомов в нормальном и возбужденном состояниях определите ковалетность бериллия и углерода в молекулах BeCl2, (BeCl2)n, CO и CO2. Изобразите структурные формулы молекул.
76. Что такое дипольный момент? Как он изменяется в ряду сходно построенных молекул: HCl, HBr, HJ? Какой тип связи осуществляется между атомами водорода, хлора, брома и йода в приведенных молекулах? - или -связи в этих молекулах?
77. На основании строения атомов в нормальном и возбужденном состояниях определите ковалентность лития и бора в соединениях: Li2Cl2, LiF, [BF4]-, BF3.
78. Приведите электронную конфигурацию молекулы азота по методу МО. Докажите, почему молекула азота обладает большой энергией диссоциации.
79. Какая химическая связь называется координационной или донорно-акцепторной? Разберите строение комплекса [Zn(NH3)4]2+. Укажите донор и акцептор. Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение этого иона?
80. Какая химическая связь называется водородной? Приведите три примера соединений с водородной связью. Изобразите структурные формулы приведенных ассоциатов. Как влияет образование водородной связи на свойства веществ (вязкость, температуры кипения и плавления, теплоты плавления и парообразования, диэлектрическую постоянную)?