Тема II - Reshaem.Net
advertisement
Тема II. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ Задание 1: Для четырех, указанных по варианту молекул (табл.), с позиций метода валентных связей показать образование молекул и ответить на следующие вопросы: 1. Каков тип гибридизации центрального атома в молекуле и валентный угол между связями? 2. Какова пространственная структура молекулы? 3. Сколько σ- и π-связей содержит молекула? 4. Определить полярность связей и полярность молекулы в целом. Пример решения Для ответа на вопросы задания рассмотрим молекулу CdI2. 1. Сначала определяем тип гибридизации центрального атома. Для этого выписываем валентные электроны центрального атома 48Cd. 5s 4d Затем 5s электроны 4d переводим в возбужденное состояние. 5p 5s 4d Таким образом Cd предоставляет на связь два неспаренных электрона. Далее выписываем валентные электроны йода. 5s 5p У йода имеется один неспаренный электрон. Следовательно, согласно Льюису молекула CdI2 выглядит следующим образом: I x Cd x I . Далее изображаем молекулу CdI2 с использованием представлений о гибридизации орбиталей центрального атома. Отмечаем, что у Cd имеются две внешние орбитали: s и р. Представим s- и р-орбитали на рис. 2.1. Рис. 2.1 Таким образом, с одной р-орбиталью йода кадмий связывается с помощью s-орбитали, а с другой – с помощью р-орбитали. Так как связи отличаются по форме и энергии, то такая молекула не будет устойчивой. Для образования устойчивой молекулы в центральном атоме происходит процесс гибридизации валентных орбиталей, который показан на рис. 2.2. + s+p + sp sp 2sp Рис. 2.2 Гибридизация – процесс, в результате которого происходит перестройка валентных орбиталей центрального атома и образование смешанных гибридных орбиталей, одинаковых по форме и энергии. Таким образом, при гибридизации s- и p-орбиталей образуются две равноценные sp-гибридные орбитали (s + p = 2sp). По аналогии: s + p + p = 3sp2, образуются три равноценные sp2гибридные орбитали; s + p + p + p = 4sp3, образуются четыре равноценные sp3-гибридные орбитали. Гибридные орбитали центрального атома располагаются под определенным углом (валентный угол), чтобы образовалась устойчивая молекула: при гибридизации типа sp валентный угол составляет 180 о; sp2 – 120 о; sp3 – 109 о. Расположение гибридных орбиталей под определенным углом показано в табл. 2.1. Таблица 2.1 Тип гибридизации: Расположение гибридных орбиталей в пространстве Теоретический валентный угол sp sp2 sp3 180 о 120 о 109 о В соответствии с данными табл. 2.1 в молекуле CdI2 реализуется sp-гибридизация, и валентный угол составляет 180 о. Чтобы изобразить молекулу в целом, остается показать перекрывание полученных гибридных орбиталей центрального атома с валентными орбиталями боковых атомов. В случае рассматриваемой молекулы CdI2 боковым атомом является 53I. Так как это р-элемент, то его валентные наружные электроны имеют орбиталь в виде гантели. В случае, если это будет s-элемент, то форма орбитали в виде шара. "Подводя" валентные орбитали йода к гибридным орбиталям кадмия, получаем схему молекулы CdI2 (рис. 2.3). I Cd Рис. 2.3 I 2. Разберем вопрос о пространственной структуре молекулы. Пространственная структура молекулы связана с типом гибридизации и расположением боковых атомов вокруг центрального атома (табл. 2.2). Таблица 2.2 Тип гибридизации sp Пространственная структура Форма молекулы sp2 sp3 sp3 sp3 òðåóãî ëüí àÿ линейная òåòðàýäðè÷åñêàÿ треугольная тетраэдрическая ï èðàì èäàëüí àÿ пирамидальная óãëî âàÿ угловая Как видно из табл. 2.2, при sp3 гибридизации может реализоваться тетраэдрическая форма, пирамидальная или угловая в зависимости от числа боковых атомов (4, 3, 2 – соответственно). В данном типе гибридизации могут оставаться неиспользованные орбитали, которые влияют на величину валентного угла. Из рис. 2.3 следует, что рассматриваемая молекула CdI2 имеет линейную форму. 3. Теперь отметим наличие σ и π связей в молекуле. Если область перекрывания находится на оси связи, такая связь σ - типа (сигма тип), если область перекрывания расположена по обе стороны от оси связи – это π-тип (пи тип) ( рис. 2.4). a) b) а) c) б) σ - тип в) π - тип Рис. 2.4. Типы связей Исходя из рисунка 2.3. делаем вывод, что в молекуле CdI2 две ковалентные связи σ-типа. 4. Определим полярность связи и молекулы в целом. Полярность связи обусловлена наличием диполя, образованного за счет оттягивания валентных электронов в сторону более электроотрицательного атома. В связи Cd–I в молекуле CdI2 более электроотрицательным элементом является йод. Поэтому связь Cd– I является полярной. Для определения полярности молекулы необходимо учитывать: а) полярность связи; б) пространственную структуру молекулы. Молекула CdI2 неполярна, так как при наличии двух диполей оттягивание электронов идет в обе стороны одинаково, и дипольные моменты взаимно компенсируются. Рассмотрим молекулу OF2. Выписываем валентные электроны центрального атома – кислорода. 2р 2s Далее надо перевести электроны в возбужденное состояние. Однако, на втором энергетическом уровне свободных орбиталей нет, поэтому распаривание электронов невозможно. Если в качестве центрального атома будет похожий элемент, но находящийся в третьем периоде, то для таких простых молекул, которые предлагаются в задании не следует при возбуждении переводить электроны с 3s и 3р на 3d, так как на это необходимы большие затраты энергии. Так как у атома кислорода имеется два неспаренных электрона, то он может образовать две связи. Выписываем валентные электроны фтора: 2s22p5 2p 2s У фтора имеется один неспаренный электрон. По представлениям Льюиса молекула OF2 может быть изображена следующим образом: F F O . Далее определяем тип гибридизации центрального атома – кислорода. Для этого производим "сложение": s + p + p + p = 4sp3. При этом не следует писать 2s или 2р, так как речь идет не об электронах (например, на 2s- подуровне), а их действительно 2, а об орбиталях, т.е. пространстве вероятного нахождения электронов. Рисуем четыре оси и гибридные облака. Подводим валентные орбитали F (это р-элемент). Получаем угловую молекулу с теоретическим валентным углом 109 о (рис. 2.5). O F F Рис. 2.5 Связи О–F – полярные, молекула в целом тоже полярна, так как в вершине угла заряд со знаком "+", а в противоположной стороне "-". Происходит оттягивание электронов в сторону F, т.е. образуется диполь. Две связи О–F – ковалентные, σ-типа. Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Формулы молекул CaCl2 CdF2 CuCl2 MgBr2 ZnI2 BeH2 HgCl2 SrBr2 BCl3 AlH3 GaBr3 CuF2 SrBr2 CoCl2 MgBr2 HgF2 CaBr2 CdCl2 ZnF2 BeI2 ZnCl2 CdH2 MgH2 CaH2 SrH2 ZnBr2 GaH3 AlH3 InCl3 ZnH2 MnCl2 CoCl2 NiBr2 FeBr2 NF3 PH3 SbBr3 AsCl3 H2S SCl2 CH3Cl H2Se H2Te SF2 SiH4 CH4 Cl2 GeH4 CHCl3 SiCl4 CH2Cl2 SiF4 PbBr4 PCl3O SbCl3 AsBr3 SbF3 SnCl4 CF4 OF2 CCl4 SnBr4 H2Te PbCl4 PH3 AsF3 SO3 SbF3 PCl5 TeF6 SCl2O GeBr4 AsF5 BrF5 SClF5 PF5 CCl2O SnCl4 SCl2O2 SbCl5 SF6 ClF5 PCl3O NCl3 SCl2O BrF5 C2H4 SF4 COS CO COF2 BiF3 SO3 NCl3 BrF5 CO PBr3O IF5 CO2 SCl2O2 PBr3 N2 CH4 C2H4 CH2O C2Cl2 PbBr4 SbCl3 N2 CO2 PbBr4 COS CaH2 C2H2 SnH4 SO3 CO CS2 SbF3 SO3 SCl2O2 C2H2 IF5 SCl2O2 PCl5 CO2 AsF5 SCl2O SO2 SCl2O2 SiF4 CS2 SCl2O C2H2 CH2Cl2 PCl3O
