Упражнения по составлению схем образования различных типов связи (ионной, КН, КП).

Определите тип химической связи и составьте схему ее образования для веществ с формулами:

1) Nа₂⁺¹О^-2

Так как Nа – типичный металл (находится в lА группе), следовательно, связь ионная:

Nа· + ·О· + ·Nа → Nа⁺ [:О:]^-2 Nа⁺

2) N^-3Н₃⁺¹ (аммиак)

Так как оба элемента – неметаллы с различной ЭО, следовательно связь КП:

3Н· + ·N· → Н: N: Н; структурная формула Н^δ+ N^δ- Н^δ+, которая показывает, что

Н Н ^δ+ все три связи смещены в сторону атома N как более ЭО. Следовательно, степень окисления азота N (число полярных связей) равна -3, и валентность (число всех связей) равна lll.

3) S₂⁰

Так как оба атома – неметаллы с одинаковой ЭО, следовательно связь КН:

:S· + ·S: →:S::S: структурная формула S = S, из которой видно, что обе связи
неполярны, то есть не смещены ни к одному из атомов S.
Следовательно, степень окисления серы равна нулю, а валентность
равна ll.

Упражнение на определение валентности и степени окисления атомов в веществах:

1) N₂

Напишем структурную формулу молекулы азота. Так как на внешнем энергетическом уровне атома азота три неспаренных электрона (см. стр. 2), то образуются три ковалентные связи по обменному механизму, каждая связь изображается черточкой N Ξ N. Следовательно, валентность равна lll. Поскольку оба атома имеют одинаковое значение ЭО, полярные (смещенные) связи отсутствуют, следовательно, СО равна нулю. Окончательно запишем N ^lll.0

2) NF₃

Структурная формула имеет вид F N F. Ковалентные связи изображаются стрелками в

F

сторону наиболее ЭО атома, т.е. фтора F. Валентность азота lll, СО +3. N ^lll,+3 F₃ ^l,-1

3) Н₂О₂ (пероксид водорода)

Учитывая, что Н всегда одновалентен, структурная формула имеет вид Н ^l,+1 О ^ll,-1 ―О Н

Обратите внимание, что у кислорода валентность (ll) и СО (-1) не совпадают по значению, так как атом кислорода всего образует две ковалентные связи (валентность ll), но лишь одна полярная (СО равна -1).

4) С₂Н₄ (этилен) Н Н

Это органическое соединение, в которых углерод всегда четырехвалентен: С ^lѴ,-2 = С

Н Н

Из формулы видно, что углерод С образует четыре ковалентные связи (валентность lѴ), две из них смещены в сторону С (степень окисления -2).

3) Валентные возможность атомов химических элементов

Валентность атома химического элемента определяется в первую очередь числом неспаренных электронов, принимающих участие в образовании химической связи.

Чтобы верно оценить валентные возможности атомов, надо рассмотреть распределение электронов в них по энергетическим уровням и подуровням и определить число неспаренных электронов для невозбужденного (основного) и возбужденного состояния атома. В возбужденное состояние атом переходит при сообщении ему дополнительной энергии, в результате чего происходит распаривание электронов внешнего слоя и переход их на свободные орбитали. Атом в возбужденном состоянии обозначается звездочкой. Например, рассмотрим валентные возможности атомов фосфора в основном и возбужденном состояниях:

₁₅Р 1s²2s²2p⁶3s²3p^{3 +энергия (Е)} ₁₅Р^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p³3d¹

+Е

В невозбужденном состоянии атом фосфора имеет три неспаренных электрона на р-подуровне (валентность фосфора lll, например в фосфине РН₃, фосфористой кислоте Н₃РО₃). При переходе в возбужденное состояние один из пары s- электронов может переходить на свободную орбиталь d-подуровня. Атом фосфора теперь имеет пять неспаренных электронов, валентность Ѵ (Р₂О₅, Н₃РО₄).

Но валентные возможности атомов не исчерпываются числом неспаренных электронов. При образовании ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму реализуются и две другие валентные возможности атомов, которые определяются наличием неподеленных электронных пар и свободных орбиталей, способных дать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму (см. образование иона аммония NН₄⁺).

Н три связи образованы по обменному механизму (обозначены стрелками в

[Н N―Н ]⁺ сторону наиболее ЭО азота) и одна по донорно-акцепторному. Таким образом,

Н валентность азота lѴ, а степень окисления -3 (число смещенных связей).

Сделаем общий вывод: валентные возможности атомов химических элементов определяются:

1) числом неспаренных электронов;

2) наличием свободных орбиталей;

3) наличием неподеленных электронных пар.

Задания для работы в классе:

1) Определите валентность и степень окисления атомов в веществах с формулами NН₃, ОF₂, С₂Н₂.

2) В какой из молекул ковалентная химическая связь более полярна – в молекуле хлороводорода НСl или молекуле фтороводорода НF?

3) Почему максимальная валентность атомов элементов второго периода не может быть больше четырех?

4) Дайте характеристику химической связи в молекуле азота, используя следующие признаки: ЭО связанных атомов, механизм образования, кратность связи (одинарная, двойная, тройная). То же самое для молекул О₂, НF, F_2.

5) Определите тип связи и рассмотрите схемы ее образования в веществах с формулами:

СаF₂, F₂, ОF₂, К₂О, Н₂S.

6) Определите валентные возможности атомов хлора в основном и возбужденном состояниях.

Д/з cделайте письменно в рабочих тетрадях.

1) В следующих предложениях вставьте пропущенные слова и выражения: «Ковалентная связь образуется за счет…. По числу общих электронных пар она бывает …. По ЭО ковалентная связь делится на … и …».

2) Определите валентность и степень окисления атомов в веществах с формулами СН₄, О₂F₂, О₂.

3) В какой из молекул ковалентная химическая связь более полярна – в молекуле хлороводорода НСl или молекуле метана СН₄? Дайте обоснованный ответ.

4) Дайте характеристику химической связи в молекуле водорода, используя следующие признаки: ЭО связанных атомов, механизм образования, кратность связи (одинарная, двойная, тройная). То же самое для молекул N₂, РН_{3 .}

5) Определите тип связи и рассмотрите схемы ее образования в веществах с формулами:

ВаО, О₂, Н₂О.

6) Определите валентные возможности атомов серы в основном и возбужденном состояниях.

7) Расположите в порядке увеличения прочности связи вещества с формулами S_2, Сl₂,N₂ и обоснуйте правильность своего решения. Как будет изменяться длина связи молекул в составленном вами ряду?