4. Запитання для самостійної підготовки

1. У чому полягає причина утворення хімічного зв’язку? Яка його природа?

2. Який хімічний зв’язок називають ковалентним? Чим можна пояснити напрямленість і насиченість ковалентного зв’язку?

3. Як за допомогою методу валентних зв’язків (МВЗ) можна обґрунтувати утворення ковалентного зв’язку?

4. Який ковалентний зв’язок називають полярним? Що є кількісною мірою полярності зв’язку? Що таке поляризованість зв’язку?

5. Який механізм утворення хімічного зв’язку називають донорно-акцепторним? Чим він відрізняється від обмінного механізму?

6. Що таке кратність хімічного зв’язку? У чому відмінність між - та -зв’язками?

7. Що розуміють під гібридизацією атомних орбіталей? Орбіталі якого типу підлягають гібридизації під час утворення молекул: CH₃Cl, AlH₃, CaCl₂?

8. Чому під час утворення молекули SnCl₄ відбувається гібридизація атомних орбіталей центрального атома, а під час утворення молекули SnCl₂  ні? Обґрунтуйте геометричні форми молекул.

9. Який хімічний зв’язок називають іонним? Які властивості йонного зв’язку відрізняють його від ковалентного?

10. Що таке електронегативність ЕН? Як можна оцінити частку йонного зв’язку в молекулі за допомогою величин ЕН взаємодіючих атомів?

11. Що таке диполь? Що називають дипольним моментом молекули? Яка з наведених молекул  HCl, HBr або HІ  і чому має найбільше значення дипольного моменту?

12. Які молекули називають полярними? Чи може неполярна молекула мати полярні ковалентні зв’язки між атомами? Наведіть приклади.

13. Що називають міжмолекулярною взаємодією? Які взаємодії належать до орієнтаційних, індукційних та дисперсійних?

14. Який хімічний зв’язок називають водневим? Як впливає наявність водневого зв’язку на фізичні властивості речовин? Наведіть приклади.

15. Поясніть залежність фізичних властивостей речовин у кристалічному стані від типу зв’язку між частинками в кристалах. Наведіть приклади.

16. Що називається аморфним станом речовини? Чим він відрізняється від кристалічного?

17. Що називають ступенем окиснення та як його визначають? Наведіть приклади.

18. Чим відрізняються поняття валентності та ступеня окиснення? Наведіть приклади сполук, у яких ступінь окиснення елемента відрізняється від його валентності.

19. Наведіть приклади речовин, у кристалах яких реалізується металічний зв’язок. Чому метали мають високі тепло- та електропровідність?

20. Які фізичні властивості характерні для речовин з а) атомною; б) іонною; в) молекулярною і г) металічною кристалічними решітками?

7. Приклади розв’язання типових завдань з теми 7

Завдання 1. Визначити типи хімічних зв’язків, які утворюються в сполуках: N₂, O₂, Cl₂, CaF₂, NaCl, Na, CH₄, LiH, BCl₃, HCl, CO, H₂O.

Розв’язання. У молекулах BCl₃, CH₄, H₂O, CO, HCl реалізуються

ковалентні полярні зв’язки між атомами, оскільки в цих сполуках різниця електронегативностей елементів ЕН 0 (Додаток 1).

У молекулах N₂, O₂, Cl₂ здійснюється ковалентний неполярний тип зв’язку, оскільки до складу кожної з цих молекул входять атоми тільки одного хімічного елемента з однаковими значеннями електронегативностей (ЕН = 0).

Речовини CaF₂, NaCl мають іонний тип зв’язку оскільки різниця електронегативностей елементів (ЕН  1,9).

Завдання 2. Пояснити, чи можливе існування молекул PCl₅ і NCl₅ .

Розв’язання. Електронна будова атома Фосфору:

…

3p

3s

3d

₁₅P 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ 3d⁰ B = 3.

О

3p

3s

3d

…

тже, у нормальному стані валентність Фосфору становить три, але в молекулі PCl₅ Фосфор п’ятивалентний (це його збуджений стан):

Р* … 3s¹ 3p³ 3d¹ B* = 5.

Отже, молекула PCl₅ може існувати, причому Фосфор утворює п’ять хімічних зв’язків за ковалентним обмінним механізмом.

Молекула NCl₅ не може існувати, тому що на другому валентному рівні атома Нітрогену немає d-підрівня:

₇N 1s² 2s² 2p³ … B = 3.

2s

2p

Для атома Нітрогену не існує збудженого стану, саме тому він може утворювати лише три хімічні зв’язки за ковалентним обмінним механізмом.

Завдання 3. Відомо, що валентний кут у молекулі SCl₂ становить 90^о, наведіть схему перекривання атомних орбіталей під час утворення цієї молекули. Чому ця молекула полярна?

Розв’язання. Наводимо електронні конфігурації валентних рівнів атомів Сульфуру та Хлору:

3p

16S … 3s²3p⁴ … B = 2;

3s

3p

₁₇Cl … 3s²3p⁵ … В = 1.

3s

Обидва неспарені р-електро-ни Сульфуру беруть участь в утворенні двох -зв’язків із двома атомами Хлору, які мають по одному неспареному електрону на р-атомній орбіталі. Тому молекула SCl₂ має кутову будову з валентним кутом 90. Полярність молекули пояснюється тим, що сума дипольних моментів окремих зв’язків, що утворюють молекулу, не дорівнює нулю (≠ 0).

Завдання 4. Визначити типи гібридизації центральних атомів, зобразити геометричні конфігурації: а) молекули амоніаку NH₃; б) молекули води Н₂О.

Розв’язання. а) Експериментально встановлено, що молекула амоніаку має пірамідальну геометричну форму, причому неподілена електронна пара (НЕП) атома Нітрогену напрямлена до однієї з вершин тетраедра. Всі зв’язки NH у цій молекулі є рівноцінними, а валентні кути становлять 107.

Якщо виходити з електронних формул атомів, що складають молекулу NH₃ , хімічні зв’язки можуть бути утворені внаслідок перекривання трьох одноелектронних р-орбіталей атома Нітрогену з одноелектронними s-рбіталями трьох атомів Гідрогену.



7N … 2s²2p³ … B = 3;

2p

1s

₁H 1s¹ B = 1.

НЕП

2s

Але в цьому випадку утворюється молекула пірамідальної просторової будови з кутами між зв’язками NH, близькими до 90, що не збігаються з експериментальними результатами.

Тому необхідно зробити припущення, що в атомі Нітрогену в момент утворення хімічного зв’язку відбувається sp³-гібридизація валентних орбіталей. При цьому одна з гібридних орбіталей має неподіленими електронними парами НЕП, а три інші – по одному електрону:

Підсумковий дипольний момент молекули NH₃ відрізняється від нуля , тому молекула амоніаку полярна.

б

НЕП

) У молекулі води також відбувається sp³-гібридизація атомних орбіталей центрального атома (Оксигену), тому молекула Н₂О також має форму тетраедра, але з двома неподіленими електронними парами, напрямленими до вершин тетраедра:

₈O … 2s²2p⁴ … B = 2;

2s

2р

Отже, дві атомні орбіталі Оксигену утворюють два -зв’язки з s-орбіталями атомів Гідрогену, а дві інші гібридні орбіталі заповнені неподіленими електронними парами (НЕП).

Сумарний дипольний момент молекули Н₂О відрізняється від нуля , тобто молекула води також полярна.

У розглянутих молекулах амоніаку і води атомні орбіталі з неподіленими електронними парами (НЕП) не беруть участі в утворенні хімічного зв’язку, тобто вони є незв’язуючими. Зв’язуюча електронна пара знаходиться між двома взаємодіючими атомами і займає менший простір, ніж незв’язуюча. Тому відштовхування незв’язуючої пари проявляється більшою мірою, ніж зв’язуючої. Зменшення валентних кутів у ряді молекул СН₄, NH₃ і Н₂О (відповідно 109,5; 107 i 104,5) обумовлене наявністю та збільшенням кількості незв’язуючих

орбіталей центрального атома за однакового типу гібридизації (sp³).

Завдання 5. Визначити типи гібридизації атомних орбіталей, які відбуваються в молекулах: а) СаН₂; б) BBr₃; в) CІ₄. Зобразити їх геометричні конфігурації, оцінити валентні кути.

Розв’язання. а) У нормальному стані атом Кальцію має валентність, що дорівнює нулю (на валентному рівні немає неспарених електронів):

Са … 4s² … B = 0.

4s

4р

4s

У сполуці СаН₂ Кальцій двовалентний, тобто знаходиться у збудженому стані:

Са* … 4s¹4p¹ … B* = 2.

2s

Отже, можна припустити, що відбувається sp-гібридизація атомних орбіталей центрального атома  Кальцію.

Валентний електрон атома Гідрогену, який бере участь в утворенні хімічного зв’язку, знаходиться на s-атомній орбіталі, яка має форму кулі:



4р

₁H 1s¹ B = 1,

Са

Н Н

Валентний кут у молекулі СаН₂ становить 180, тому вона лінійна. Хоча молекула СаН₂ має два ковалентні полярні зв’язки СаН, унаслідок лінійної та симетричної будови вона є неполярною .

б) У нормальному стані атом Бору має валентність, що дорівнює одиниці:

2s

2р

₅В 1s²2s²2p¹ … B = 1.

У сполуці BBr₃ Бор тривалентний, отже, знаходиться у збудженому стані:

B* … 2s¹2p² … B* = 3.

2s

2р

2s

2р

Оскільки всі зв’язки в молекулі BBr₃ рівноцінні, можна констатувати, що вона має симетричну будову, а тип гібридизації атомних орбіталей Бору  sp² з валентним кутом 120^о.