Примеры решения задач

3.2.1. Объясните с помощью метода валентных связей (ВС) строе- ние молекулы фтористого водорода HF.

x   y z F 2s ↑↓ 2p ↑   ↑↓ ↑↓                     H 1s ↓

Решение. В молекуле фтористого водорода HF связь образо- вана ls-орбиталью атома водорода и 2р_x-орбиталью атома фтора (рис.3.1). Направленность связи в этой молекуле определяется ориентацией 2р_x-орбитали атома фтора. Пе- рекрывание происходит в направлении оси симметрии Х. Любой другой вариант перекрывания энергетически менее выгоден.

 

Рис.3.1. Образование молекулы HF

 

3.2.2. Объясните образование связей в ионе аммония NH₄⁺. Решение. Связи в ионе аммония NH₄⁺ показаны на схеме (рис.3.2):

 

 

2s                2p

↑ ↑ ↑         ↓ ↓ ↓

N

 

 

1s        1s

H+

1s

H H H

H H +

Структурную формулу NH₄⁺ можно представить как

|

H         ¾ N    → H +       или

|

(1)     H                     (2)

|

¾ N    ¾ H

|

H

Рис.3.2. Образование иона аммония NH₄⁺.

Вторая форма записи предпочтительней, поскольку отражает установленную экспериментально равноценность всех четы- рех связей.

 

3.2.3. Объясните образование связей в молекуле H₃N×BF_3.

Решение. Образование связей в молекуле H₃N×BF₃ показано на рис.3.3.

Образование из молекул NH₃ и BF₃ более сложной молекулы H₃N×BF₃ объясняется с помощью образования связей по об- менному и донорно-акцепторному механизмам:

2s

2p

2

p

2p

­¯

­¯

­¯

¯

F

¯

F

¯

F

­

­

­

B*

2s

2p

2p

N

­¯

­

­

­

2s

1s

¯

¯

¯

H

H

H

 

Структурная формула этой молекулы:

F	H			F	H
| F ¾ B	| N	¾ H	или      F ¾	| B	| ¾ N ¾ H
|	|			|	|
F	H			F	H

Рис.3.3. Образование молекулы H₃N×BF_3.

 

3.2.4. Объясните с помощью метода ВС строение молекулы ВеF₂. Решение. В молекуле ВеF₂ в образовании химических связей участвуют 2s- и 2р_x-орбитали возбужденного атома бериллия (рис.3.4.), которые перекрываются с соответствующими 2р- орбиталями атомов фтора.

В гибридизации участвуют одна 2s- и одна 2р-орбиталь атома

бериллия. Такой случай называется sр-гибридизацией. Угол между связями 180°, образуются две s-связи с участием од- ной s- и одной р-орбитали, и связи равноценны.

F 2s

2p

↑↓

↑ ↑↓ ↑↓   x ↓ 2p ↓

y z

↑ ↑↓ ↑↓

Be^* 2s

 

 

↑↓

F 2s        2p

Рис. 3.4. Образование молекулы ВеF₂

 

3.2.5. Объясните с помощью метода молекулярных орбиталей (МО) строение молекулы СО.

Решение. На рис.3.5 изображена энергетическая диаграмма молекулы СО. Электронная формула имеет вид:

[(s 1s)2 (s* 1s)2 (s 2s)2 (s* 2s)2 (p 2py)2 (p 2pz)2(s 2px)2].

 

Рис.3.5. Энергетическая диаграмма молекулы CO

 

В связывающие орбитали больший вклад вносят орбитали кислорода, более электроотрицательного атома, а в разрых- ляющие - орбитали углерода, менее электроотрицательного атома. Кратность связи равна трем. Молекула диамагнитна.