Обменный механизм ковалентной связи и строение молекул (Теория), страница 2

молекуле ВH₃ и структура молекулы

Векторная сумма электрических моментов диполей связей равна нулю ( = 0). Молекула. ВН₃ неполярна.

Пример 5. Предскажите структуру и полярность молекул типа АВ₄ (атом А в возбужденном состоянии).

Возьмем молекулу SiH_4. Валентность атома кремния, равная четырем, возможна при его возбуждении: Si ... 3s¹ 3p¹

При гибридизации одной s- и трех р-орбиталей атома кремния (sp³-гибридизация) образуются четыре sp³-гибридные орбитали, расположенные в пространстве от центра тетраэдра к его вершинам под углом 109°28' (рис. 2.9).

Образующаяся молекула SiH₄ имеет тетраэдрическую структуру (рис. 2.10).

Электрический момент диполя молекулы равен нулю ( = 0), следовательно, молекула SiH₄ неполярна.

sp³-гибридизация, возможна в атомах С, Si, Ge и др. при образовании ими молекул СН_4, SiH_4, GeCl₂ и др.

Рис. 2.9. sp³-гибридные орбитали

Рис. 2.10. Схема образования связей в

молекуле и структура молекулы SiH₄

2.4. ЗАДАНИЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Ответьте на следующие вопросы в (соответствии с номером Вашего варианта).

1. Покажите перекрывание электронных облаков при образовании химических связей в молекуле (табл. 2.1).

2. Охарактеризуйте эти химические связи: являются ли они полярными, d или p связи.

3. Каково примерное значение валентного угла?

4. Имеет ли место гибридизация электронных орбиталей и почему?

5. Является ли рассматриваемая молекула полярной или нет и почему? Какова геометрическая структура молекулы?

6. Приведите пример молекул, имеющих, по Вашему мнению, аналогичную структуру.

Таблица. 2.1.

2.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что является причиной образования химической связи? Каким энергетическим эффектом (положительным или отрицательным) сопровождается этот процесс?

2. Может ли длина связи быть равной сумме радиусов двух атомов, которые ее образую?

3. Как влияет размер атомов на длину и энергию образующейся между ними связи?

4. Почему при наличии одной связи между атомами она может быть только d - связью? При каких условиях образуются p и d связи? Для всех ли форм электронных облаков возможно образование этих связей?

5. Что называется электрическим моментом диполя молекулы? В каких случаях он совпадает с моментом диполя связи? Как зависят его значения от полярности связей в молекуле и их пространственной ориентации.

6. Какие типы гибридизации Вам известны? Чем определяется пространственное положение гибридных орбиталей, и под каким углом по отношению друг к другу они располагаются в случае sр, sр² и sp³-гибридизации? Какие геометрические конфигурации молекул это определяет?

2.6. ЗАДАЧИ

1. Приведите примеры, когда один и тот же элемент, взаимодействуя с атомами различных элементов, образует ионную, ковалентную полярную и ковалентную неполярную связи.

2. Атомы простых веществ могут вступать во взаимодействие между собой. Какие виды химической связи при этом возникают? Приведите примеры.

3. Как связаны между собой энергия и длина связи (для однотипных молекул)?

4. От каких факторов зависит прочность химической связи?

5. Почему при образовании ковалентной связи расстояние между ядрами двух атомов строго определено? Как оно называется?

6. Как изменяется энергия системы из двух атомов водорода при их сближении?

7. Почему для образования химической связи необходима определенная ориентация спинов неспаренных электронов?

8. Электроны какого энергетического уровня участвуют в образовании химической связи? Ответ поясните примерами.

9. Основным или возбужденным является валентное состояние для атомов водорода, бериллия, бора, фтора? Назовите элементы, для которых возможно только одно валентное состояние, и укажите, каким оно будет - основным или возбужденным?

10. Сколько валентных состояний возможно для атомов кислорода, серы, фтора и хлора?

11. Для какой из связей величина l и P_СВ имеют большее значение: а) HF или HCl;

б) Н-О или Н-S;

в) H-N или Н-Р;

г) C-F или С-Н? В какой последовательности по убывающей полярности связей надо расположить молекулы: СF₄, СCl_4, BCl_3, BF_3, SiF₄?

12. В какой из молекул H₂O или H₂S химические связи более прочные и почему?

13. Приведите примеры молекул, в которых связь между атомами осуществляется одной, двумя, тремя парами электронов.

14. Сколько связей в молекуле N₂? Равноценны ли эти связи по энергии.

15. Сколько химических связей возникает при образовании молекулы РbO? Какая из них прочнее и почему?

16. Дипольный момент молекулы ЭH₃ (Э - свободный элемент) равен 4,93´10^-30 Кл.м. Вычислите длину диполя, если его заряд составляет 1´10^-19 Кл. Можно ли предположить, что молекула имеет форму правильного треугольника?

17. Длина диполя молекулы HCl равна 0,22´10^-8 см, а электрический заряд диполя равен 4,68´10^-21 Кл. Вычислите дипольный момент молекулы.

18. Что называют электрическим моментом диполя молекулы? В каких случаях он совпадает с моментом диполя связи? Как зависят его значения от полярности связей в молекуле и их пространственной направленности.

19. Как должны меняться значения моментов диполей молекул в ряду: NH₃ - PH₃ - AsH₃

20. Каково примерное значение угла между связями в молекуле AsJ_3. Будет ли эта молекула полярной.

21. Покажите перекрывание электронных облаков, возникающее при образовании молекул между атомами водорода и атомами следующих элементов: а) брома, б) теллура, в) мышьяка.

22. Какова пространственная конфигурация молекул, образованных атомами водорода в атомами следующих элементов а) теллура, б) мышьяка; в) кремния?

23. Сформулируйте основные положения теории гибридизации атомных орбиталей для объяснения пространственной конфигурации молекул.

24. Укажите тип гибридизации электронов магния в молекуле MgBr_2, если угол между связями равен 180°. Охарактеризуйте химические связи в этой молекуле. Полярна эта молекула или нет?

25. Молекула хлорида бора BCl₃ имеет плоскую структуру, а хлорида азота NCl₃ - пирамидальную. В чем причина такого различия? Полярны или нет эти молекулы?

26. При каком относительном положении двух, трёх, четырёх полярных связей их электрические моменты диполи компенсируют друг друга?

27. Исходя из пространственной конфигурации молекул BeF₂ и SeF₂ определите, будут ли они полярны или нет?

28. Почему молекула SnCl₂ полярна, a SnCl₄ нет? Одинакова ли пространственная конфигурация этих молекул?

29. Почему углы между связями в молекулах гидридов элементов IV группы (CH_4, SiH₄) одинаковы, а в молекулах гидридов элементов V группы (H₂S, H₂Se) они различны?

30. Имеет ли место гибридизация электронных орбиталей в молекулах

SiCl₂ и SiCl₄? Какова геометрическая конфигурация этих молекул, полярны ли они?

1. Задачи повышенной сложности

1. Как влияет величина валентного угла в молекуле на величину ее электрического момента диполя? Покажите это на примере трехатомных молекул, имеющих валентные углы равными 180°, 120° и 90°?

2. Известны валентные углы гидридов элементов V группы:

NН_3, РH_3, AsH_3, SbH₃

107,3° 93,3° 91,8° 91,3°

Как Вы объясните резкое различие значений углов у молекулы NH₃ и PH₃ и далее более плавное уменьшение углов при переходе вниз по подгруппе элементов?

3. Углы между связями в молекулах гидридов и фторидов азота и кислорода равны: в NH₃ 107°, в H₂O 104,5°, в NF₃ 102°, в F₂O 101,5°. Почему углы между связями в молекулах фторидов меньше, чем у гидридов.

4. Как Вы можете объяснить близость значений валентных углов в молекулах CH₄(109°), NH₃(107°) и H₂O (105°)?

5. Валентные углы в молекулах H₂O и F₂O примерно одинаковы, а электрические моменты диполей этих молекул значительно отличаются друг от друга и соответственно равны 6,1´10^-30 и 1,0´10^-30 Кл.м. В чем Вы видите причину такого различия?