Задача N 50

Определите тип химической связи (неполярная ковалентная, полярная ковалентная или ионная) в веществах тетрабромид германия и трифторид азота. В случае полярной или ионной связи укажите направление смещения электронов. В случае ковалентной (полярной или неполярной) связи постройте электронные схемы молекул (теория Льюиса) и определите кратность связи, постройте схемы перекрывания электронных орбиталей (метод ВС) и определите геометрическую форму молекулы.

Решение:

Электроотрицательность (EN) характеризует способность атомов элементов к смещению электронной плотности. В периоде системы элементов Д. И. Менделеева она возрастает слева направо, в подгруппе убывает сверху вниз (для s- и p-элементов).

Тип химической связи (неполярная ковалентная, полярная ковалентная или ионная), образующейся в результате взаимодействия атомов А и В, можно установить по величине разности электроотрицательностей EN этих атомов:

- если она равна (или близка к) нулю, то электронная плотность распределена симметрично между атомами, химическая связь является неполярной ковалентной; такая связь наиболее характерна для молекул, образованных атомами одного и того же элемента.

- если она не равна нулю, но невелика (взаимодействуют атомы элементов-неметаллов), химическая связь относится к типу полярной ковалентной; при этом электронная плотность смещается от менее электроотрицательного атома А (положительный полюс А ⁺ ) к более электроотрицательному В (отрицательный полюс В ^- ).

- если она крайне велика (во взаимодействие вступают атом элемента А -типичного металла и атом элемента В -типичного неметалла), происходит передача электронов от менее электроотрицательного атома (он превращается в положительно заряженный ион А ^m+) к более электроотрицательному атому (он превращается в отрицательно заряженный ион В ^n-). Процесс передачи электронов можно отобразить с помощью уравнений:

A ⁰ - m e = A ^m+

В ⁰ + n e = В ^n-

Электростатическое притяжение между разноименно заряженных ионов называют ионной связью. Для рассматриваемых в задаче веществ:

1.) разность электроотрицательностей атомов элементов брома и германия различна

2.) разность электроотрицательностей атомов элементов фтора и азота различна

поэтому типы химической связи: в этих веществах:

1.) полярная ковалентная

2.) полярная ковалентная

В случае ковалентной связи необходимо представить электронную схему молекулы (теория Льюиса) и схему перекрывания электронных орбиталей (метод ВС).

Согласно простейшим представлениям о механизме образования ковалентной связи (теория Льюиса), атомы обобщают свои валентные электроны, достраивая свою электронную оболочку до октета (8 электронов) – конфигурации благородных газов. Исключение составляет атом водорода, способный достроить свою электронную оболочку лишь до двух электронов (электронная конфигурация атома гелия). Электронная схема молекулы показывает, сколько электронов обобщают атомы, при этом электрон изображается точкой.

Число общих электронных пар между двумя атомами определяет кратность ковалентной связи: одна пара - одинарная, две пары - двойная, три пары - тройная.

Для построения электронной схемы необходимо:

1. определить общее число валентных электронов каждого атома по номеру группы в периодической системе Д.И. Менделеева,

2. выяснить, сколько электронов не достает каждому из них до октета,

3. построить схему обобщения, изображая электроны в виде точек

Электронная схема молекулы тетрабромида германия, в состав которой входит атом элемента Br (7 группа периодической системы Д.И. Менделеева), имеющий 7валентных электронов, и атом элемента Ge, представителя группы N 4, имеющий 4 валентных электронов, выглядит следующим образом:

Поскольку в результате обобщения электронов между каждой парой атомов образовалось 1 общих электронных пар, то кратность данной ковалентной связи в молекуле GeBr₄ равна 1.

Электронная схема молекулы трифторида азота, в состав которой входит атом элемента F (7 группа периодической системы Д.И. Менделеева), имеющий 7 валентных электронов, и атом элемента N, представителя группы N 5, имеющий 5 валентных электронов, выглядит следующим образом:

Поскольку в результате обобщения электронов между каждой парой атомов образовалось 1 общая электронная пара, то кратность данной ковалентной связи в молекуле NF₃ равна 1.

Одна из квантово-механических интерпретаций механизма образования ковалентной связи - метод ВС - предусматривает изображение схемы перекрывания орбиталей, соответствующих одиночным (неспаренным) валентным электронам каждого из атомов. Для построения данной схемы необходимо:

- составить электронные формулы атомов, образующих данную молекулу:

· -выбрать валентные электроны (электроны внешнего, последнего энергетического уровня, а также предпоследнего d-подуровня, если он застроен неполностью):

· -распределить эти электроны по квантовым ячейкам (таким образом, чтобы наибольшее число ячеек было занято электронами), символизируя электрон со значением спинового квантового числа стрелкой, направленной вверх  а электрон с m_s = -1/2 стрелкой, направленной вниз .

· найти одиночные (неспаренные) валентные электроны и определить орбитали, которые им соответствуют;

· нарисовать схему перекрывания орбиталей.

Если неспаренные валентные электроны атома занимают разные подуровни, то в образовании ковалентной связи участвуют не «чистые» s- и p-орбитали, а их гибриды. Гибридные орбитали образуются в результате геометрического сложения обычных орбиталей (сферической s–орбитали и симметричной гантелеобразной р-орбитали) и представляют собой усредненные по форме орбитали (несимметричная гантелеобразная орбиталь, одна из лопастей которой увеличена по сравнению с исходной, а другая уменьшена по сравнению с исходной). Число гибридных орбиталей равно числу исходных s– и р-орбиталей. Тип гибрида (sp, sp², sp³) указывает число и вид исходных орбиталей. Взаимное расположение гибридных орбиталей в пространстве должно обеспечивать максимальную симметрию:

Исходные орбитали	тип гибрида	Число Гибридных орбиталей	Геометрическая форма молекулы
	Sp	две	линейная
	Sp2	три	равносторонний треугольник
	Sp3	четыре	тетраэдр

Ge 1s2-2s2-2p6-3s2-3p6-4s2-3d10-4p2

3d-подуровень

4p-подуровень

Геометрическая форма – тетраэдр, тип гибридизации sp ³

Br 1s2-2s2-2p6-3s2-3p6-4s2-3d10-4p5

4s-подуровень

4p- подуровень

1. схема перекрывания орбиталeй для молекулы трифторид азота

F 1s2-2s5

N 1s2-2s3

F

1s-подуровень

2s-подуровень

N

1s-подуровень

2s-подуровень

2p-подуровень

Геометрическая форма молекулы: пирамида

Поиск по сайту: