Химическая связь и строение молекул

Задача 1.

Расположите следующие молекулы в порядке усиления полярности связи: CsF, CaCl₂, NaI, ClF, CO, HF, HCl, BeF₂, MgF₂. В какой из молекул наиболее ярко выражен ионный характер связи?

РЕШЕНИЕ. О степени полярности ковалентной связи А – В можно судить по разности электроотрицательностей элементов:

 ЭО = ЭО (В) – ЭО (А)

где ЭО (А) и ЭО(В) – соответствующие величины относительных электроотрицательностей алементов А и В (шкала электроотрицательностей по Полингу).

Молекула CsF CaCl₂ NaI ClF CO HF HCl BeF₂ MgF₂.

 Э.О 3,3 2,0 1,7 1,0 1,0 1,9 0,9 2,5 1,8

С увеличением разности электроотрицательностей элементов растет степень ионности. Путем сопоставления значений  ЭО располагаем молекулы в порядке усиления полярности связи (ионности) в следующий ряд:

HCl  ClF = CO  NaI  MgF₂  HF  CaCl₂  BeF₂  CsF

Наиболее ярко инный характер связи выражен в молекуле CsF, имеющей наибольшее значение  ЭО

Задача 2.

Оцените валентные возможности элементов второго периода. Какие из этих элементов могут участвовать в образовании связей по донорно-акцепторному механизму в качестве донора и какие – в качестве акцептора?

РЕШЕНИЕ. В образовании химической связи у элементов второго периода могут участвовать 4 валентные орбитали ( одна s- и три р-орбитали), поэтому максимальная ковалентность этих элементов может достигать четырех.

Атом ₃Li 1s²2s¹

2p

2s

может образовать одну связь по обменному механизму за счет неспаренного электрона и три связи по донорно-акцепторному механизму (три свободные орбитали), выступая в качестве акцептора.

Возбужденный атом бериллия ₄Ве^* 1s²2s¹2p¹

2s 2p

может образовать две связи по обменному механизму (два неспаренных электрона) и две связи по донорно-акцепторному, выступая в качестве акцептора (две свободные орбитали), например образование иона [BeF₄]^2- :

BeF₂ + 2F^- = [BeF₄]^2-

154

Возбужденный атом бора ₅В^* 1s²2s¹2p² может образовать три связи по обменному механизму три неспаренных электрона) и одну связь по донорно-акцепторному механизму в качестве акцептора (одна свободная орбиталь). Например, в ионе [BF₄]^-.

BF₃ + F^- = [BF₄]^-

Невозбужденный атом углерода ₆С 1s²2s²2p²

2s 2p

(например в молекуле СО) может образовать две связи по обменному механизму и одну связь по донорно-акцепторному, предоставляя свободную 2р орбиталь, на которой располагается неподеленная электронная пара кислорода.

Возбужденный атом углерода ₆С^* 1s²2s¹2p³

2s 2p

проявляет ковалентность, равную 4, и донорно-акцепторных связей не образует.

Атом азота ₇N 1s²2s²2p³

2s 2p

является потенциальным донором электронов за счет неподеленной электронной пары, расположенной на s – орбитали. В ионе NH₄⁺ ковалентность азота равна 4 (три связи образованы по обменному и одна связь по донорно-акцепторному механизму:

:NH₃ + H⁺ = NH₄⁺

Атом кислорода ₈О 1s²2s²2p⁴

2s 2p

способен образовать две связи по обменному механизму и предоставить двухэлектронную орбиталь, выступив в качестве донора. Например, в ионе Н₃О⁺.

В связи с увеличением заряда ядра и уменьшением радиуса атомов (при движении по периоду слева направо) донорные свойства ослабевают (электронные пары сильнее удерживаются атомом). Атом кислорода может предоставить из двух неподеленных пар только одну, атом фтора и тем более атом неона практически не образуют связей по донорно-акцепторному механизму.

Ион ₉F^- 1s²2s²2p⁶

2s 2p

при образовании комплексных анионов выступает в качестве донора.

Валентные возможности элементов третьего и последующих периодов повышаются за счет наличия d-валентных орбиталей, которые могут участвовать в образовании связей по донорно-акцепторному механизму.

155

Как правило, максимальная ковалентность элементов третьего периода равна шести. Валентные d-орбитали либо участвуют в гибридизации с s- и р-орбиталями, давая добавочные -связи, либо порождают  -связи. Увеличение числа -связей соответствует повышению координационного числа центрального атома.