Образец выполнения ТР №1 (Химическая связь)

Образец выполнения самостоятельного расчетного задания.

для ИТАЭ (гр. Тф – 9¸ 14)

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

Задача 1. Даны молекулы М1 и М2.

1. Напишите полную и сокращенную электронные формулы атомов, образующих данные молекулы.

Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в рассматриваемых молекулах. Укажите возможные валентности атомов.

Охарактеризуйте и объясните положение каждого атома заданных молекул (порядковый номер, период, группа, подгруппа) в таблице Менделеева.

Укажите квантовые числа для формирующего электрона в каждом атоме заданных молекул.

Сравните окислительно-восстановительные свойства атомов, образующих данные молекулы.

Напишите полную и сокращенную электронные конфигурации атомов, образующих данные молекулы М1 и М2.

Покажите графически распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в рассматриваемых молекулах, используя сокращенную электронную конфигурацию. Определите возможные валентности атомов в невозбужденном и возбужденном состояниях.

Молекула H₂S состоит из двух атомов водорода Н и одного атома

серы S.

Атом водорода Н относится к s - элементам.

Полная и сокращенная электронные конфигурации совпадают: Н 1s¹.

Распределение валентных электронов по орбиталям:

1s¹

Валентность атома водорода В=1, т.к. на его внешнем энергетическом уровне имеется один электрон.

Атом серы S относится к p - элементам.

Полная электронная конфигурация: S 1s¹2s²2p²3s²3p⁴.

Сокращенная электронная конфигурация: S … 3s²3p⁴.

Р аспределение валентных электронов по орбиталям:

3s² 3p⁴

Валентность атома серы в невозбужденном состоянии В =2, т.к. на внешнем энергетическом уровне на р-орбитали имеются два неспаренных электрона.

При возбуждении атома серы спаренные s -электроны и р-электроны

распариваются и переходят на свободную d–орбиталь 3-го энергетического уровня:

3s 3p 3d

3s 3p 3d

Валентность атома серы в возбужденном состоянии В* = 4, 6.

Молекула RuCl₂ состоит из одного атома рутения Ru и двух атомов хлора Cl .

Атом хлора Cl относится к p - элементам.

Полная электронная конфигурация: Cl 1s¹2s²2p²3s²3p⁵.

Сокращенная электронная конфигурация: Cl … 3s²3p⁵.

Р аспределение валентных электронов по орбиталям:

3s² 3p⁵

Валентность атома хлора в невозбужденном состоянии В =1, т.к. на внешнем энергетическом уровне на р-орбитали имеется один неспаренный электрон.

При возбуждении атома хлора спаренные s -электроны и р-электроны распариваются и переходят на свободную d–орбиталь 3-го энергетического уровня:

3s 3p 3d

Валентность атома хлора в возбужденном состоянии В* = 3, 5, 7.

Атом рутения Ru относится к d - элементам.

Полная электронная конфигурация:

Ru 1s¹2s²2p²3s²3p⁶ 3d¹⁰4s²4p⁶4d⁶5s².

Сокращенная электронная конфигурация: Ru … 4d⁶5s² .

Распределение валентных электронов по орбиталям:

4d⁶ 5s²

Валентность атома рутения в невозбужденном состоянии В =0, т.к. на внешнем энергетическом уровне нет неспаренных электронов.

При возбуждении атома рутения спаренные s-электроны распариваются и переходят на свободную р–орбиталь 5-го энергетического уровня:

4d 5s 5р В* = 2.

Кроме внешних, валентными электронами могут быть неспаренные электроны предвнешнего подуровня. Имеющаяся пара d –электронов распаривается, и один неспаренный электрон переходит на свободную f–орбиталь 4-го энергетического уровня:

4d 4f 5s 5р

В результате валентность атома рутения в возбужденном состоянии

может быть равной: В* = 2, 3, 4, 5, 6, 8.

Для атомной орбитали формирующего электрона укажите квантовые числа (n, l, m_l,) в каждом атоме заданных молекул.

Атом водорода Н. Формирующий электрон 1s¹.

Главное квантовое число n = 1; орбитальное квантовое число l = 0; магнитное квантовое число m_l = 0.

Атом серы S. Формирующий электрон 3p⁴.

n = 3; l = 1; m_l = 1, 0, -1 (одно из значений).

Атом хлора Cl . Формирующий электрон 3p⁵.

n = 3; l = 1; m_l = 1, 0, -1 (одно из значений).

Атом рутения Ru. Формирующий электрон 4d⁶ .

n = 4; l = 2; m_l =2, 1, 0, -1, -2 (одно из значений).

Охарактеризуйте и объясните положение каждого атома заданных молекул (порядковый номер, период, группа, подгруппа) в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева.

Атом водорода Н.

Порядковый номер элемента № =1, т.к. заряд ядра атома водорода =+1; количество электронов на электронных орбиталях =1.

В атоме водорода формируется первый энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 1 период.

Валентность атома водорода В=1, поэтому элемент помещен в 1 группу. В атоме водорода формируется энергетический s – подуровень , поэтому элемент помещен в главную подгруппу.

Атом серы S.

Порядковый номер элемента № =16, т.к. заряд ядра атома серы =+16; количество электронов на электронных орбиталях =16.

В атоме серы формируется третий внешний энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 3 период.

Максимальная валентность атома серы В*=6, поэтому элемент помещен в 6 группу. В атоме серы формируется энергетический p – подуровень , поэтому элемент помещен в главную подгруппу.

Атом хлора Cl .

Порядковый номер элемента № =17, т.к. заряд ядра атома серы =+17; количество электронов на электронных орбиталях =17.

В атоме хлора формируется третий внешний энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 3 период.

Максимальная валентность атома хлора В*=7, поэтому элемент помещен в 7 группу. В атоме хлора формируется энергетический p – подуровень, поэтому элемент помещен в главную подгруппу.

Атом рутения Ru.

Порядковый номер элемента № =44, т.к. заряд ядра атома рутения =+44; количество электронов на электронных орбиталях =44.

В атоме рутения формируется энергетический подуровень 4d. Внешние s -электроны расположены на 5 энергетическом уровне, поэтому элемент помещен в 5 период.

Максимальная валентность атома рутения В*=8, поэтому элемент помещен в 8 группу. В атоме рутения формируется энергетический d – подуровень, поэтому элемент помещен в побочную подгруппу.

Сравните окислительно-восстановительные свойства атомов, образующих данные молекулы.

Для характеристики окислительно-восстановительных способностей атомов используется понятие электроотрицательность (ЭО).

В молекуле H₂S: ЭО(Н) = 2,1 < ЭО(S) = 2,5.

Электронная конфигурация атома водорода: Н 1s¹.

На s –подуровне имеется один электрон, энергия для отрыва электрона (энергия ионизации) мала, следовательно, водород отдает электрон, т.е. является восстановителем.

Сокращенная электронная конфигурация атома серы: S … 3s²3p⁴.

До полного заполнения р-подуровня атому недостает двух электронов.

Принимая их, атом серы проявляет свойства окислителя.

Атом серы характеризуется большей величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону по сравнению с атомом водорода.

В молекуле RuCl₂: ЭО(Ru) = 2,2 < ЭО(Cl) = 3,0.

Сокращенная электронная конфигурация атома хлора: Cl … 3s²3p⁵.

До полного заполнения р-подуровня атому недостает одного электрона.

Принимая их, атом хлора проявляет свойства сильного окислителя. Атом хлора характеризуется большой величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону.

Сокращенная электронная конфигурация атома рутения: Ru … 4d⁶5s².

На внешнем s –подуровне имеется два электрона, подуровень полностью заполнен, энергия для отрыва электронов мала , следовательно, рутений отдает электроны, т.е. является восстановителем. Атом рутения характеризуется малой величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону.

2. По методу валентных связей определите механизм образования связи в рассматриваемых молекулах М1 и М2 . Если имеется гибридизация, укажите ее тип.

Покажите геометрическую структуру молекул, используя графическое изображение атомной орбитали. Определите полярность связи, полярность молекул.

Например, Ковалентная связь в молекулах H₂S и RuCl₂ образуется по обменному механизму за счет перекрывания атомных орбиталей, имеющих по одному неспаренному электрону.

А + В → АВ

Рассмотрим механизм образования молекулы H₂S.

Две ковалентные связи в молекуле H₂S образуются за счет перекрывания двух р-орбиталей атома серы с двумя s-орбиталями двух атомов водорода.

S…3s²3p⁴

H…1s¹

Пространственная ориентация р-орбиталей атома серы – вдоль трех осей, находящихся под углом 90^о друг к другу . Молекула H₂S имеет угловую структуру, угол между связями ≈ 90⁰ ( 92⁰ ).

Атомы водорода и серы имеют разное значение электроотрицательности:

ЭО(Н) = 2,1 и ЭО(S) = 2,5. Таким образом, DЭО ¹ 0, т.е. связь полярная, электрический момент диполя связи m_св ¹ 0.