АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

До сих пор с помощью формул Льюиса и правила октета мы не объясняли причину переменной валентности некоторых элементов. Давайте сделаем это на примере элемента

Читайте также:
  1. For имя переменной цикла from начальное значение переменной цикла by шаг приращения значения переменной цикла to конечное значение переменной цикла
  2. I. Общие правила
  3. I. Формула Бернулли.
  4. II. Доказательство некоторых понятий и фактов геометрии Лобачевского
  5. II. Как устранить и предупредить главную причину всех болезней
  6. II. КРИТИКА: основные правила
  7. II. Правила стрельбы
  8. IV. Правила подсчета результатов
  9. IV. Расчет механической мощности, реализуемой электровозом при движении с установившимися скоростями на заданных элементах профиля пути.
  10. IX. ОБЫЧАИ, ПРАВИЛА И ГАДКИЙ УТЕНОК
  11. Th Коши(обобщенная формула конечн.приращен)
  12. V ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ И ПЕРВАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ БАРОКАМЕРНЫХ ПОДЪЕМОВ

16S (серы).

Действительно, почему сера в одних соединениях двухвалентна, в других - четырехвалентна, а в третьих - шестивалентна? Наконец, откуда именно такие, а не другие значения валентности - II, IV, VI? Теперь мы знаем достаточно для того, чтобы ответить на эти вопросы. Рассмотрим три реакции с участием атома серы, в которых сера проявляет разные валентности:

2 H + S = H2S (валентность серы II),

2 O + S = SO2 (валентность серы IV),

3 O + S = SO3 (валентность серы VI).

Сера (Z = 16) располагает свои 16 электронов следующим образом:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p 4

Как обычно, нас интересуют только валентные электроны последнего уровня:

...3s2 3p 4

В основном (не возбужденном) состоянии сера двухвалентна. В реакции с атомами водорода она образует соединение H2S потому, что на 3py и 3pz-ячейках остается место для спаривания только с двумя "чужими" электронами водородных атомов (см. нижнюю орбитальную диаграмму на рис. 3-5).

Рис. 3-5. Переход атома серы из основного состояния с валентностью II в первое возбужденное состояние с валентностью IV.

Однако, в отличие от атомов водорода или кислорода, где валентные электроны находятся на 2-м уровне (лишенном d-подуровня), валентная оболочка серы имеет вакантный (пустой) 3d-подуровень. Этот 3d-подуровень находится достаточно близко по энергии к внешнему 3p-подуровню атома серы (рис. 3-5). При поглощении даже небольшой порции энергии один из двух 3px электронов может переходить на 3d-подуровень (верхняя орбитальная диаграмма на рис. 3-5). Потеря энергии при этом с лихвой покрывается выигрышем при образовании дополнительных ковалентных связей.

Таким образом, на внешнем уровне возбужденного атома серы теперь 4 неспаренных электрона. Эти 4 электрона могут быть предоставлены двум атомам кислорода для формирования "октетной" (по атомам кислорода) молекулярной орбитали молекулы SO 2.

Дальнейшее возбуждение атома серы (которое требует уже гораздо больше энергии) ведет к переходу одного из 3s-электронов на 3d-уровень (рис. 3-6). В результате атом серы получает шесть неспаренных электронов, которые предоставляются уже трем атомам кислорода для образования "октетной" (по атомам кислорода, но не серы!) молекулы SO 3.

Рис. 3-6. Переход атома серы во второе возбужденное состояние с валентностью VI.

Возникает вопрос: если в молекулах SO2 и SO3 октет электронов возникает только у атомов кислорода, то почему сера образует эти соединения?

И действительно - в формулах Льюиса около серы формально 10 и 12 электронов. В чем же дело?

Объяснение в разной электроотрицательности серы (X = 2,58) и кислорода (X = 3,44). У кислорода она значительно выше, поэтому электроны поделенных пар в этих молекулах сильно сдвинуты в сторону атомов кислорода. На валентном 3-м уровне атома серы практически не остается электронов. Ее валентная оболочка теперь больше похожа на оболочку инертного газа неона:...2s 2 2p6!

Если бы мы попробовали разместить на орбитальной диаграмме серы (рис. 3-6) электроны менее электроотрицательного элемента водорода (X = 2,2), то в молекуле соединения H6S правило октета для серы действительно оказалось бы нарушенным. Именно поэтому до сих пор не синтезированы молекулы H6S и H4S. Эти молекулы должны быть чрезвычайно неустойчивы. Зато молекула H2S (соединение сероводород) вполне устойчива. И это понятно из правила октета и орбитальной диаграммы (нижней) на рис. 3-5.

Таким образом, сера может проявлять валентность IV и VI только в соединениях с более электроотрицательными элементами, а валентность II - с менее электроотрицательными. Природа подтверждает это: например, не существуют соединения K6S, Ca3S и другие подобные вещества, но вполне устойчив газообразный фторид серы SF 6.

Электроотрицательность дает ответ и еще на один вопрос: почему в орбитальных диаграммах на рис. 3-5 и 3-6 мы не рисуем 4s-подуровень, который по энергии тоже близок к 3p- и 3d-подуровням? Из главы 2 мы знаем, что 4s-подуровень заполняется электронами даже раньше 3d-подуровня - сразу следом за 3p-подуровнем. Почему же его нет на орбитальных диаграммах?

Ответить на этот вопрос довольно просто: 4s-подуровень можно включить в орбитальные диаграммы на рис. 3-5 и 3-6. Но это ровным счетом ничего не изменит, потому что при соединении серы с кислородом все подуровни выше 2s- и 2p- оказываются пустыми. В соединениях типа SO2, SO3, SF6 4s- и 3p-подуровни подобны “электрическим проводам”, по которым электроны просто перетекают от атома серы к более электроотрицательным атомам кислорода или фтора. Сами же подуровни при этом остаются практически незаполненными.

К счастью, молекулярные орбитали в соединениях серы (IV) и (VI) не полностью повторяют электронную оболочку инертного газа неона, а всего лишь подобны ей. Вспомним, что до сих пор не удалось получить ни одного химического соединения неона. Если бы вещества SO2, SO3, SF6 оказались такими же устойчивыми, как неон, мы бы просто не смогли получать из них множество полезных соединений, с которыми познакомимся позже.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)