Химично свързване и молекулярна структура, задачи 61
Задача 61.
Каква химическа връзка се нарича ковалентна? Как може да се обясни насочеността на ковалентната връзка? Как методът на валентната връзка (VS) обяснява структурата на водната молекула?
Решение:
Връзката, осъществена поради образуването на електронни двойки, еднакво принадлежащи и на двата атома, се нарича ковалентна неполярна. Ковалентните връзки са ориентирани по определен начин в пространството, тоест имат насоченост. Причината, поради която молекулите могат да имат линейна плоска структура или някаква друга структура, е, че атомите използват различни орбитали и различен брой от тях, за да образуват връзки. Молекулите, които имат диполен момент, не са линейни, а молекулите, които нямат диполен момент, са линейни.
Водната молекула H2O има диполен момент, което означава, че има нелинейна структура. Един кислороден атом и два водородни атома участват в образуването на връзки между кислородните и водородните атоми. Кислородът е неутрален атом във водна молекула и има четири електронни двойки, две единични двойки и две разделени, които са образувани от един s-електрон и един р-електрон на кислород. Такава молекула има тетраедрична структура в центъра на тетраедъра има кислороден атом, а в ъглите на тетраедъра има два водородни атома и две единични електронни двойки кислород. В такава молекула ъгълът между връзките трябва да бъде равен на 109,5 0. Ако молекулата на водата е плоска, тогава ъгълът на НОН трябва да бъде 90 0. Но рентгеновият структурен анализ на водните молекули показва, че ъгълът на НОН е 104,5 0. Това обяснява, че молекулата на водата не е линейна, а е изкривен тетраедър. Това се обяснява с факта, че кислородният атом претърпява sp 3 - хибридизация, когато една s-орбитала и три p-орбитали на кислородния атом се хибридизират, образувайки четири еквивалентни sp 3 -хибридни орбитали. От четирите sp 3 -хибридни орбитали, две са заети от s-орбиталите на водородния атом. Разликата между стойностите на ъгъла на връзката и тетраедричния ъгъл се обяснява с факта, че отблъскването между самотните електронни двойки е по-голямо, отколкото между свързването.
Полярна ковалентна връзка
Задача 62.
Каква ковалентна връзка се нарича полярна? Каква е количествената мярка за полярността на ковалентната връзка? Въз основа на стойностите на електроотрицателността на атомите на съответните елементи, определете коя от връзките: HCl, IСl, BrF е най-полярна.
Решение:
Ковалентна връзка, която се образува от различни атоми, се нарича полярна. Например, Н е Cl; центърът на тежестта на отрицателния заряд (свързан с електрони) не съвпада с центъра на тежестта на положителния заряд (свързан със заряда на атомното ядро). Електронната плътност на общите електрони се измества в по-голяма степен към един от атомите, който има по-голяма стойност на електроотрицателност. В H: Cl общата електронна двойка се измества към най-електроотрицателния хлорен атом. Полярността на връзката се измерва количествено от диполния момент (), който е произведение на дължината на дипола (l) - разстоянието между две равни по големина и противоположни по знак заряди + g и –g от абсолютната стойност на заряда: = lg. Диполните моменти НСI, НВг, НI са съответно на 1,04; 0,79; 0,38 D. Диполните моменти на молекулите обикновено се измерват в Debyes (D) *: 1D = 3,33 . 10 -30 Cl . м.
Диполният момент е векторна величина и е насочен по оста на дипола от отрицателен заряд към положителен. Диполният момент на връзката предоставя ценна информация за поведението на молекулата като цяло. Заедно с диполния момент се използва характеристика, наречена елементна електроотрицателност (EO), за да се оцени степента на полярност на връзката. ЕО е способността на атома да привлича валентните електрони на други атоми. Стойностите на EO елементите са дадени в специални скали (таблици).
EO стойностите на водород, хлор, бром, йод, флуор са съответно равни на: 2.1; 3,0; 2,8; 2,5; 4.0. Въз основа на стойностите на ЕО елементи в съединенията
най-полярната връзка в молекулата на BrF, тъй като разликата в електроотрицателността между флуор и бром е най-голяма - 1,2 (4,0 - 2,8 = 1,2), отколкото в HCl и IСl.
Донорно-акцепторна връзка
Задача 63.
Какъв метод за образуване на ковалентна връзка се нарича донор-акцептор? Какви са химичните връзки в йони NH 4+ и BF 4-? Посочете донор и акцептор.
Решение:
Донорно-акцепторна връзка е ковалентна връзка, в която споделена двойка електрони се осигурява само от един от атомите, участващи в връзката. В този случай един от атомите е донор - доставчик на електронна двойка, а другият е акцептор - доставчик на свободна квантова орбитала.