Материал: Химия. учебное пособие. Вострикова Г.Ю., Хорохордина Е.А

Электрический момент диполя двухатомной молекулы µ_мол. равен электрическому моменту диполя связи µ_св. Если связь неполярна, то и молекула неполярна.

В многоатомных молекулах зависимость электрического момента диполя молекулы от электрических моментов диполей связей более сложная. Например, молекула CO₂, О = С = О неполярна, так как диполи полярных связей компенсируют друг друга О← С →О, а молекула H₂O полярна, т.к. она имеет угловую конфигурацию

Суммарные электрические моменты диполей молекул с гибридизацией АО центрального атома таких, как CaCl₂ (sp-гибридизация), BF₃ (sp²-гибридизация), СН₄ (sp³-гибридизация) равны нулю и эти молекулы неполярны. Но если атомы, связанные с центральным атомом неодинаковы, то молекула становится полярной (BF₂Cl, СF₂Cl₂ и др.). Многоатомные молекулы неполярны при симметричном распределении заряда или полярны при ассиметричном распределении заряда.

В предложенном задании только полярные молекулы образуют ряд NH₃, SO₂, H₂O, т.к. в других рядах CO₂ (линейная структура) – молекула неполярна, CCl₄ (тетраэдрическая структура) – неполярна, BF₃ (плоский треугольник) – неполярна.

Вопросы для самоконтроля

1. Основные положения квантовой механики: двойственная природа микрочастиц, принцип неопределенности, волновая функция ψ, атомная орбиталь.

2. Квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное, спиновое; их физический смысл и связь между ними.

3. Электронные конфигурации элементов: принцип минимальной энергии, правило Клечковского, принцип Паули, правило Гунда; электронные формулы, энергетические ячейки.

4. Периодический закон Д.И. Менделеева, структура периодической системы и ее связь со строением атомов.

5. Изменение свойств элементов в периодах и подгруппах, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

6. Основные типы химической связи: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая; межмолекулярные взаимодействия.

7. Квантово-механические представления о ковалентной связи: метод валентных связей (обменный и донорно-акцепторный механизмы), валентность по обменному механизму метода валентных связей.

8. Характеристики связи: энергия, длина, направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость.

Задания для решения

1. Квантовое число m_l характеризует…

1) форму электронной орбитали

2) собственный магнитный момент

3) ориентацию электронной орбитали

4) энергию электронной орбитали

2. В состоянии 4p максимально может находиться ____ электронов

1) 6 2) 10 3) 2 4) 14

Ответ поясните на основании возможных для данной орбитали значений всех четырёх квантовых чисел и принципа Паули.

3. На основании правила Клечковского укажите правильную последовательность заполнения АО

1) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 2) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 3) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4f

4. Частицы, обладающие одинаковым строением внешнего энергетического уровня, расположены в ряду …

1) Ar, Clˉ, Ca²⁺ 2) O^2-, Mg²⁺, Ar

3) Ne, Al³⁺,S^2- 4) Ne, Clˉ , Ca²⁺

Запишите электронные формулы всех указанных частиц и определите тот ряд частиц, которые обладают одинаковым строением.

5. Формула водородного соединения элемента с электронной конфигурацией атома в основном состоянии 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ имеет вид …

1) ЭН 2) ЭН₄ 3) ЭН₃ 4) ЭН₂

Ответ поясните, определив положение элемента в периодической системе. Напишите его электронную формулу и распределите валентные электроны в квантовых ячейках. С каким числом атомов водорода может взаимодействовать атом данного элемента?

6. Относительная величина электроотрицательности элементов уменьшается в ряду …

1) Br, Cl, F 2) Al, Si. P 3) S, Se, Te 4) As, Ge, Ga

Ответ поясните в соответствии с направлением уменьшения относительной величины электроотрицательности элементов в периодах и главных подгруппах периодической системы.

7. Только полярные молекулы представлены в ряду …

1) CO₂, SO₃, NH₃ 2) NH₃, SO₂, H₂O

3) CCl₄, NO, NO₂ 4) BF₃, CO₂, SO₂

Ответ поясните, ответив на вопросы:

1) в каком случае образуется ковалентная полярная связь;

2) в каком случае при этом молекула будет полярной, а в каком − неполярной.

8. Наибольшей степенью ионности характеризуется химическая связь в соединении…

1) PCl₃ о 2) SiCl₄ о 3) NaCl о 4) SiO₂

Для объяснения используйте: а) представления о механизме образования ковалентной полярной связи и б) разность значений относительной электроотрицательности элементов, образующих химическую связь.

9. Частицей, которая может являться акцептором электронной пары, является …

1) Fˉ о 2) H⁺ о 3) S²ˉ о 4) NH₃

Какую функцию выполняет акцептор при образовании химической связи по донорно-акцепторному механизму? Какая из указанных частиц может выполнять эту функцию и почему?

10. Укажите соединение, в котором реализуется связь по донорно-акцепторному механизму: аммиак, хлорид аммония, хлороводород, азот. Ответ демонстрируйте графическими формулами молекул перечисленных веществ.

Литература: [1 - гл. 1, §1.1-1.5, 2.1-2.3, 3.1-3.2]; [2 – гл. 2, § 17-19; гл. 3,§ 31-34; гл. 4, § 38 – 47]; [3 - гл. 2, §5-11].

Тема 3. Химия неорганических соединений Теоретические сведения

Неорганические вещества по составу делят на простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и подразделяются на метал­лы, неметаллы, благородные газы. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом.

Сложные кислородсодержащие неорганические вещества по составу и свойствам образуют три класса соединений: оксиды, гидроксиды, соли.

Оксиды – это соединения, состоящие из двух элементов, один из которых кислород, имеющий в оксидах валентность  и степень окисления −2. Общая формула оксидов: Э_уО_х, где у – число атомов элемента Э, а х – число атомов кислорода. Оксиды, в свою очередь, классифицируют на солеобразующие и несолеобразующие (SiO, CO, N₂O, NO). Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образуют металлы в низкой степени окисления (+1, +2), кроме ZnO, SnO и ВеО, которые являются амфотерными оксидами. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами. Им соответствуют основания.

Кислотные оксиды образуют неметаллы, а также металлы в высшей степени окисления (+5, +6, +7). Присоединяя прямо или косвенно воду, они образуют кислоту. С водой взаимодействуют водорастворимые оксиды. Кислотные оксиды могут взаимодействовать с основными оксидами и основаниями, то есть в реакцию вступают вещества противоположной природы.

Амфотерные оксиды образуют металлы в промежуточной степени окисления (+3, +4)  это Аl₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃ и др., в степени окисления +2 – это ZnO, SnO и ВеО. Амфотерные оксиды проявляют свойства как основные, так и кислотные. Соответствующие им гидроксиды можно записать в форме и кислот, и оснований.

Гидроксиды – продукты прямого или косвенного взаимодействия оксидов с водой. В зависимости от свойств оксидов гидроксиды могут быть основными – основания, кислотными – кислоты, амфотерными. Основания – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металла и одной или нескольких групп ОН^–; общая формула – Ме(ОН)_х. Кислоты – сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые могут замещаться атомами металла, и кислотный остаток; общая формула кислородосодержащих кислот – Н_уЭО_х (табл. 3.1). Валентность кислотного остатка определяется числом замещенных атомов водорода в молекуле кислоты на основной остаток.

Таблица 3.1

Названия некоторых кислот и их кислотныхх остатков

Если в состав молекулы кислоты входит один атом водорода, она называется одноосновной (HCl, HNO₃, HBr), если два и более – многоосновной (H₂SO₄, H₃PO₄ и др.).

Амфотерные гидроксиды могут проявлять свойства кислот или оснований. Например, формулу гидроксида цинка можно записать Zn(OH)₂, подчеркивая основной его характер, или Н₂ZnО₂ – кислотный.

Соли – это сложные вещества, которые являются продуктами замещения атомов водорода в кислотах атомами металла или продуктами замещения гидроксильных групп в молекулах оснований кислотными остатками. Соли бывают средние, кислые и основные.

Средняя соль – продукт полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла (H₂SO₄ → Na₂SO₄) или продукт полного замещения гидроксильных групп в молекулах оснований кислотными остатками (Fe(OH)₂ → Fe(NO₃)₂).

Кислые соли (гидросоли) – это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла. Например, H₃PO₄ → NaH₂PO₄ → Na₂HPO₄.

Основные соли (гидроксосоли) – это продукты неполного замещения гидроксогрупп в многокислотных основаниях кислотны­ми остатками. Например, Mg(OH)₂ → MgOHCl, Fe(OH)₃ → Fe(OH)₂NO₃ → FeOH(NO₃)₂.

Согласно принципу кислотно-основного взаимодействия химическая реакция возможна в том случае, если одно вещество проявляет кислотные свойства, а другое – основные. В результате реакции всегда образуется соль. Формулы солей записываются в соответствии с валентностью кислотных и основных остатков. При этом необходимо помнить, что их суммарные валентности должны быть равны.

_{II I I II III II}

Например: CaCl₂, Na₂SO₄, Al₂ (SO₄)₃.

Название средней соли формируется от названия кислотного остатка и металла, стоящего на первом месте в соединении. Например: CaCl₂ – хлорид кальция, Na₂SO₄ – сульфат натрия.

Названия кислой и основной солей формируется аналогично, однако начинают запись с приставки гидро- или гидроксо- соответственно, которые указывают на неполное замещение атомов водорода в молекулах много-основных кислот атомами металла или неполное замещение гидроксогрупп в многокислотных основаниях кислотны­ми остатками. Например: Na₂HPO₄ – гидрофосфат натрия, NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия, CuOHNO₃ – гидроксонитрат меди (II).

Характер взаимодействия и генетическая связь между основными классами кислородсодержащих неорганических соединений представлены на рис. 3.1.

Рис.3.1. Генетическая связь между основными

классами кислородсодержащих неорганических соединений