Приклади розв’язання типових завдань з теми 7

Завдання 1. Визначити типи хімічних зв’язків, які утворюються в сполуках: N₂, O₂, Cl₂, CaF₂, NaCl, Na, CH₄, LiH, BCl₃, HCl, CO, H₂O.

Розв’язання. У молекулах BCl₃, CH₄, H₂O, CO, HCl реалізуються

ковалентні полярні зв’язки між атомами, оскільки в цих сполуках різниця електронегативностей елементів DЕН 0 (Додаток 1).

У молекулах N₂, O₂, Cl₂ здійснюється ковалентний неполярний тип зв’язку, оскільки до складу кожної з цих молекул входять атоми тільки одного хімічного елемента з однаковими значеннями електронегативностей (DЕН = 0).

Речовини CaF₂, NaCl мають іонний тип зв’язку оскільки різниця електронегативностей елементів (DЕН ³ 1,9).

Завдання 2. Пояснити, чи можливе існування молекул PCl₅ і NCl₅ .

Розв’язання. Електронна будова атома Фосфору:

Р* … 3s¹ 3p³ 3d¹ B* = 5.

Отже, молекула PCl₅ може існувати, причому Фосфор утворює п’ять хімічних зв’язків за ковалентним обмінним механізмом.

Молекула NCl₅ не може існувати, тому що на другому валентному рівні атома Нітрогену немає d-підрівня:

₇N 1s² 2s² 2p³ … B = 3.

Для атома Нітрогену не існує збудженого стану, саме тому він може утворювати лише три хімічні зв’язки за ковалентним обмінним механізмом.

Завдання 3. Відомо, що валентний кут у молекулі SCl₂ становить 90^о, наведіть схему перекривання атомних орбіталей під час утворення цієї молекули. Чому ця молекула полярна?

Розв’язання. Наводимо електронні конфігурації валентних рівнів атомів Сульфуру та Хлору:

₁₇Cl … 3s²3p⁵ … В = 1.

Обидва неспарені р-електро-ни Сульфуру беруть участь в утворенні двох s-зв’язків із двома атомами Хлору, які мають по одному неспареному електрону на р-атомній орбіталі. Тому молекула SCl₂ має кутову будову з валентним кутом 90°. Полярність молекули пояснюється тим, що сума дипольних моментів окремих зв’язків, що утворюють молекулу, не дорівнює нулю ( ≠ 0).

Завдання 4. Визначити типи гібридизації центральних атомів, зобразити геометричні конфігурації: а) молекули амоніаку NH₃; б) молекули води Н₂О.

Розв’язання.а) Експериментально встановлено, що молекула амоніаку має пірамідальну геометричну форму, причому неподілена електронна пара (НЕП) атома Нітрогену напрямлена до однієї з вершин тетраедра. Всі зв’язки N-H у цій молекулі є рівноцінними, а валентні кути становлять 107°.

Якщо виходити з електронних формул атомів, що складають молекулу NH₃ , хімічні зв’язки можуть бути утворені внаслідок перекривання трьох одноелектронних р-орбіталей атома Нітрогену з одноелектронними s-рбіталями трьох атомів Гідрогену.

Але в цьому випадку утворюється молекула пірамідальної просторової будови з кутами між зв’язками N-H, близькими до 90°, що не збігаються з експериментальними результатами.

Тому необхідно зробити припущення, що в атомі Нітрогену в момент утворення хімічного зв’язку відбувається sp³-гібридизація валентних орбіталей. При цьому одна з гібридних орбіталей має неподіленими електронними парами НЕП, а три інші – по одному електрону:

Підсумковий дипольний момент молекули NH₃ відрізняється від нуля , тому молекула амоніаку полярна.

₈O … 2s²2p⁴ … B = 2;

Отже, дві атомні орбіталі Оксигену утворюють два s-зв’язки з s-орбіталями атомів Гідрогену, а дві інші гібридні орбіталі заповнені неподіленими електронними парами (НЕП).

Сумарний дипольний момент молекули Н₂О відрізняється від нуля , тобто молекула води також полярна.

У розглянутих молекулах амоніаку і води атомні орбіталі з неподіленими електронними парами (НЕП) не беруть участі в утворенні хімічного зв’язку, тобто вони є незв’язуючими. Зв’язуюча електронна пара знаходиться між двома взаємодіючими атомами і займає менший простір, ніж незв’язуюча. Тому відштовхування незв’язуючої пари проявляється більшою мірою, ніж зв’язуючої. Зменшення валентних кутів у ряді молекул СН₄, NH₃ і Н₂О (відповідно 109,5°; 107° i 104,5°) обумовлене наявністю та збільшенням кількості незв’язуючих

орбіталей центрального атома за однакового типу гібридизації (sp³).

Завдання 5. Визначити типи гібридизації атомних орбіталей, які відбуваються в молекулах: а) СаН₂; б) BBr₃; в) CІ₄. Зобразити їх геометричні конфігурації, оцінити валентні кути.

Розв’язання. а) У нормальному стані атом Кальцію має валентність, що дорівнює нулю (на валентному рівні немає неспарених електронів):

Са … 4s² … B = 0.

		4s

У сполуці СаН₂ Кальцій двовалентний, тобто знаходиться у збудженому стані:

Са* … 4s¹4p¹ … B* = 2.

Отже, можна припустити, що відбувається sp-гібридизація атомних орбіталей центрального атома - Кальцію.

Валентний електрон атома Гідрогену, який бере участь в утворенні хімічного зв’язку, знаходиться на s-атомній орбіталі, яка має форму кулі:

Са

Н Н

Валентний кут у молекулі СаН₂ становить 180°, тому вона лінійна. Хоча молекула СаН₂ має два ковалентні полярні зв’язки Са-Н, унаслідок лінійної та симетричної будови вона є неполярною .

б) У нормальному стані атом Бору має валентність, що дорівнює одиниці:

₅В 1s²2s²2p¹ … B = 1.

У сполуці BBr₃ Бор тривалентний, отже, знаходиться у збудженому стані:

B* … 2s¹2p² … B* = 3.

Оскільки всі зв’язки в молекулі BBr₃ рівноцінні, можна констатувати, що вона має симетричну будову, а тип гібридизації атомних орбіталей Бору - sp² з валентним кутом 120^о.