Химическая связь
Пакет заданий для самостоятельной работы студентов
Великий Новгород
2012 г
Химическая связь: Пакет заданий для самостоятельной работы студентов / Сост. Олисова Г. Н., Ульянова Н. И. – Великий Новгород: НовГУ, 2012.
Домашнее задание по теме: «Химическая связь и строение молекул»
Теоретические основы
Основные типы и характеристики химической связи. Ковалентная и ионная связь. Метод валентных связей. Особенности ковалентной связи (кратность, насыщаемость, направленность, сопряжение связей, полярность, поляризуемость). Строение и свойства простейших молекул. Полярность молекул. Межмолекулярные взаимодействия.
Основные типы кристаллических решеток. Влияние типа кристаллической решетки на свойства вещества.
Задание.
- Напишите конспект по вопросам данной темы;
- Рассмотрите строение молекул. Выполните задание в соответствии с указанным вариантом и дайте обоснованные ответы на вопросы.
1. Изобразите графические формулы молекул.
2. Укажите число δ- и π- связей.
3. Укажите наиболее полярную связь во всех молекулах Вашего варианта, ответ подтвердите расчетом.
4. а) Изобразите электронные и электронографические формулы внешнего уровня центрального атома в основном состоянии;
б) Изобразите электронографические формулы внешнего уровня центрального атома в указанных молекулах, учитывая в каком состоянии (нормальном или возбужденном) он находится.
5. Рассмотрите возможность центрального атома участвовать в образовании связи по донорно-акцепторному механизму. Какую функцию он будет выполнять – донора или акцептора?
6. Определите, какие орбитали центрального атома участвуют в гибридизации. Укажите тип гибридизации.
7. Определите форму каждой молекулы. Ответ обоснуйте.
8. Определите дипольный момент молекул (μ=0 или μ≠0). Ответ обоснуйте. Полярна или неполярна молекула.
9. Какой тип межмолекулярного взаимодействия приводит к конденсации молекул?
| Вариант задания | Формулы соединения | ||
| SnF2 | SnBr4 | SnO2 | |
| SiO2 | SiH4 | SiOCl2 | |
| H2Se | SeO2 | SeO3 | |
| COCl2 | CBr4 | CO2 | |
| SF2 | SO2 | SO2Cl2 | |
| HCN | COBr2 | CH4 | |
| PCl3 | PCl5 | POCl3 | |
| PbI2 | PbCl4 | PbO2 | |
| AsH3 | AsOCl3 | AsBr5 | |
| Na2Te | TeS2 | TeO3 | |
| GeH4 | GeO2 | GeCl2 | |
| SeF2 | SeOCl2 | SeO3 | |
| PH3 | PCl5 | POBr3 | |
| PbBr4 | PbCl2 | PbO2 | |
| Na3As | AsOBr3 | AsCl5 | |
| SiS2 | SiCl4 | SiF2 | |
| SnS2 | SnBr2 | SnCl4 | |
| PCl3 | P2O5 | POBr3 | |
| AlI3 | AlOBr | Al2O3 | |
| BCl3 | B2S3 | BOBr | |
| SbH3 | Sb2O5 | SbOBr | |
| InCl3 | InOBr | In2O3 | |
| Ga2O3 | GaCl3 | GaOI | |
| GeS2 | GeCl2 | GeBr4 | |
| TeSe2 | K2Te | TeO3 | |
| Cl2О | Cl2О 3 | Cl2О 7 | |
| AlOCl | AlF3 | Al2O3 | |
| As2O3 | AsCl3 | As2O5 | |
| Li2S | SO3 | SO2Cl2 | |
| POBr3 | PI5 | P2O3 |
Образец ответов на некоторые вопросы.
Определите тип химической связи (ковалентная неполярная, ковалентная полярная или ионная) в веществах. (Необходимые для расчетов данные см. в Приложении). В случае ковалентной полярной или ионной связи укажите направление смещения электронов. Составьте графические формулы молекул и определите кратность связи, определите тип гибридизации центрального атома в молекуле и геометрическую форму молекулы.
Ковалентная неполярная связь образуется одинаковыми атомами неметаллов или, если атомы, образующие связь, имеют одинаковые значения электроотрицательности (ЭО) или ∆ ЭО =0.
Ковалентная полярная связь образуется атомами, электроотрицательности которых различаются не слишком сильно, или ∆ ЭО < 1,7.(Чаще всего такую связь образуют атомы разных неметаллов).
Ионная связь образуется атомами, электроотрицательности которых резко отличаются, или ∆ЭО >1,7. (Чаще всего такая связь образуется между атомом типичного металла и атомом типичного неметалла).
∆ ЭО – разница электроотрицательностей по шкале Полинга (см. Приложение)
В случае ковалентной неполярной связи двухэлектронное связующее облако равномерно (симметрично) распределяется между атомами.
В случае ковалентной полярной связи двухэлектронное связующее облако смещается в сторону атома, имеющего наибольшее значение ЭО.
В случае ионной связи двухэлектронное связующее облако почти полностью принадлежит атому, имеющему наибольшее значение ЭО.
Если в образовании связи участвуют по одному электрону каждого атома, то образуется
----------------------------------------------------------------------------------------одинарная связь;
Если - -------------------------------------- по два электрона --------------------------- двойная связь;
Если----------------------------------------- по три электрона ---------------------------- тройная связь.
Гибридизацией называется гипотетический процесс смешения различного типа, но близких по энергии атомных орбиталей центрального атома с возникновением того же числа новых
(гибридных) орбиталей, одинаковых по энергии и форме. Гибридизация атомных орбиталей происходит при возникновении ковалентной связи между атомами.
Тип гибридизации атомных орбиталей зависит от типа исходных атомных орбиталей и от числа, образуемых центральным атомом двойных связей, т.к. П- связи не участвуют в гибридизации.
Геометрическая форма молекулы зависит от типа гибридизации и от числа гибридных орбиталей центрального атома, образующих связи (связывающие электронные пары) и необразующих (несвязывающие электронные пары) связи.
Геометрические формы (конфигурации) молекул, соответствующие различным типам гибридизации и различному составу молекул.
| Орбитали, участвующие в гибридизации | Тип гибриди зации | Число связывающих электронных пар | Число несвязывающих электронных пар | Состав молекулы | Геометрическая форма молекулы | Примеры |
| s, p | sp | AB2 | линейная | С2Н4, BeCl2,CO2, | ||
| s, p, p | sp2 | AB3 | треугольная | BCl3, SO3, | ||
| 1 | AB2 | угловая | O3, SO2 | |||
| s, p, p, p | sp3 | AB4 | тетраэдрическая | СH4, SnBr4 | ||
| AB3 | пирамидальная (тригональная пирамида) | NH3, PCl3 | ||||
| AB2 | угловая | H2O | ||||
| s, p, p, p,d | sp3d | AB5 | тригональная бипирамида | PCl5 | ||
| s,p, p, p, d, d | sp3 d2 | AB6 | октаэдрическая | SF6 |
Ответы на вопросы.
Дано: Вещества – сероводород, аммиак, метан, диоксид серы, хлор, бромид натрия.
| Сероводород: H- S - H | В молекуле две одинарные связи: 2 сигма связи. Связи ковалентные полярные (т.к. образованы атомами разных неметаллов). ∆ ЭО = ЭОS – ЭОН = 2,5 – 2,1 = 0,4 < 1,7 Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома серы, т.к. она имеет наибольшее значение ЭО. Центральный атом в данной молекуле – сера в ее основном состоянии: …3s23p4 и в гибридизации участвуют s, p, p, p орбитали, следовательно тип гибридизации – sp3 , но только две гибридные орбитали образуют связи, а две гибридные орбитали несвязывающие, следовательно, геометрическая конфигурация молекулы угловая. Молекула полярная, т.к. число связей центрального атома не равно номеру группы, при конденсации между молекулами в большей степени возникает ориентационное взаимодействие. В основном состоянии у серы на внешнем уровне имеются неподеленные пары электронов, сера может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли донора, но у серы на внешнем уровне имеются и свободные орбитали, и она может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли акцептора. |
| Аммиак H – N - H ׀ H | В молекуле три одинарные связи, 3 сигма связи. Связи ковалентные полярные (т.к. образованы атомами разных неметаллов). ∆ ЭО = ЭОN – ЭОН = 3,0 – 2,1 = 0,9 < 1,7 Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома азота, т.к. он имеет наибольшее значение ЭО. Центральный атом в данной молекуле – азот в его основном состоянии: …2s22p3 и в гибридизации участвуют s, p, p, p орбитали, следовательно тип гибридизации – sp3 , но только три гибридные орбитали образуют связи, а одна гибридная орбиталь несвязывающая, следовательно, геометрическая конфигурация молекулы пирамидальная. Молекула полярная, т.к. число связей центрального атома не равно номеру группы, при конденсации между молекулами в большей степени возникает ориентационное взаимодействие. В основном состоянии у азота на внешнем уровне имеется неподеленная пара электронов, азот может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли донора, но у азота на внешнем уровне нет свободных орбиталей, и он не может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли акцептора. |
| Метан: H ׀ H - C – H ׀ H | В молекуле 4 одинарные связи:4 сигма связи. Связи ковалентные полярные (т.к. образованы атомами разных неметаллов), ∆ ЭО = ЭОC – ЭОН = 2,5 – 2,1 = 0,4 < 1 Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома углерода, т.к.он имеет наибольшее значение ЭО. Центральный атом в данной молекуле – углерод в его возбужденном состоянии: 2s12p3 и в гибридизации участвуют s, p, p, p орбитали, следовательно тип гибридизации – sp3 , все четыре гибридных орбитали образуют связи, следовательно геометрическая конфигурация молекулы тетраэдрическая. Молекула неполярная, т.к. число связей центрального атома равно номеру группы, при конденсации между молекулами в большей степени возникает дисперсионное взаимодействие. В возбужденном состоянии у углерода на внешнем уровне нет ни неподеленных пар электронов, ни свободных орбиталей, и он не может образовать связь по донорно-акцепторному механизму. |
| Диоксид серы: O = S = O | В молекуле две двойных связи, 2 сигма связи и 2 пи связи. Связи ковалентные полярные (т.к. образованы атомами разных неметаллов), ∆ ЭО = ЭОO – ЭОS = 3,5 – 2,5 = 1,0 < 1, Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома кислорода, т.к. он имеет наибольшее значение ЭО. Центральный атом в данной молекуле – сера в ее первом возбужденном состоянии:..3s23p33d1 и в гибридизации участвуют s, p, p орбитали, т.к. d – орбиталь и одна р –орбиталь идут на образование пи- связей и участия в гибридизации не принимают, следовательно тип гибридизации – sp2 , но только две гибридные орбитали образуют связи, а одна гибридная орбиталь несвязывающая, следовательно геометрическая конфигурация молекулы угловая. Молекула полярная, т.к. число связей центрального атома не равно номеру группы, при конденсации между молекулами в большей степени возникает ориентационное взаимодействие. В возбужденном состоянии у серы на внешнем уровне имеется неподеленная пара электронов, сера может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли донора, но у серы на внешнем уровне имеются и свободные орбитали, и она может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли акцептора. |
| Хлор: Cl – Cl | В молекуле одна одинарная связь, 1 сигма связь. Связь ковалентная неполярная (т.к. образована атомами одного неметалла), ∆ ЭО = ЭОCl – ЭОCl = 3,0 – 3,0 = 0 Центральный атом в данной молекуле – хлор в его основном состоянии: …3s23p5 и в гибридизации участвуют s, p, p, p орбитали, следовательно тип гибридизации – sp3 , но только одна гибридная орбиталь образует связь, а три гибридных орбитали несвязывающие, следовательно геометрическая конфигурация молекулы угловая. Молекула неполярная, т.к. это простое вещество, при конденсации между молекулами в большей степени возникает дисперсионное взаимодействие. В основном состоянии у хлора на внешнем уровне имеются неподеленные пары электронов, хлор может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли донора, но у хлора на внешнем уровне имеются и свободные орбитали, и он может образовать связь по донорно-акцепторному механизму в роли акцептора. |
| Иодид натрия: Na---Br | Связь ионная,т.к. образована типичным металлом и типичным неметаллом, ∆ ЭО = ЭОBr – ЭОNa = 2,8 – 0,9 = 1,9 > 1,7 Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома брома, т.к. он имеет наибольшее значение ЭО. Ионная связь не обладает свойствами ковалентной, нет гибридизации. |
Приложение Относительные электроотрицательности элементов
| H | ||||||
| 2,1 | ||||||
| Li | Be | В | С | N | О | 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 |
| К | Ca | Ga | Ge | As | Se | Br |
| 0,8 | 1,0 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,4 | 2,8 |
| Rb | Sr | In | Sn | Sb | Те | I |
| 0,8 | 0,9 | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 2,1 | 2,5 |
| Cs | Ba | Tl | Pb | Bi | Po | At |
| 0,7 | 0,9 | 1,8 | 1,9 | 1,9 | 2,0 | 2,2 |