Тема II - Reshaem.Net

реклама
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
Скачать