Номер 6, страница 94 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

6. При анализе данных таблицы 8 можно заметить, что энергия связи между атомами элементов второго периода (за исключением углерода) меньше, чем у их аналогов из третьего периода. Объясните почему. Подсказка: рассмотрите электронные конфигурации атомов одной и той же группы Периодической системы и подумайте, чем они отличаются друг от друга.

Наблюдаемое явление, при котором энергия одинарной связи между атомами элементов второго периода (за исключением углерода) оказывается меньше, чем у их аналогов из третьего периода, объясняется совокупностью двух ключевых факторов: атомного радиуса и межэлектронного отталкивания.

Атомы азота ($N$), кислорода ($O$) и фтора ($F$) значительно меньше по размеру, чем их аналоги из третьего периода — фосфор ($P$), сера ($S$) и хлор ($Cl$). Кроме того, атомы $N$, $O$ и $F$ имеют на валентной оболочке неподеленные электронные пары (одну у азота, две у кислорода и три у фтора). Когда два таких маленьких атома образуют одинарную ковалентную связь (например, $F-F$ или в молекуле пероксида водорода $H-O-O-H$), их неподеленные электронные пары оказываются на очень близком расстоянии друг от друга. Это приводит к сильному электростатическому отталкиванию между облаками этих электронов. Данное отталкивание дестабилизирует и ослабляет ковалентную связь, что и является причиной ее более низкой энергии.

В случае атомов третьего периода ($P$, $S$, $Cl$), они имеют больший радиус, а их валентные электроны находятся на более удаленном и пространственно протяженном третьем энергетическом уровне. При образовании связей, таких как $P-P$ или $Cl-Cl$, расстояние между неподеленными парами соседних атомов оказывается значительно больше. Вследствие этого сила отталкивания между ними намного слабее и ее ослабляющий эффект не так выражен. Поэтому, несмотря на большую длину связи, связь оказывается прочнее, чем у их меньших аналогов из второго периода.

Углерод является исключением из этого правила, так как его атом в типичных соединениях с одинарными связями (например, в алканах или в кристаллической решетке алмаза) использует все четыре валентных электрона для образования четырех ковалентных связей. В результате на атоме углерода не остается неподеленных электронных пар. Таким образом, дестабилизирующий фактор отталкивания неподеленных пар для связи $C-C$ отсутствует. В этом случае прочность связи определяется главным образом эффективностью перекрывания атомных орбиталей. У меньшего по размеру атома углерода перекрывание орбиталей более эффективно, чем у более крупного атома кремния ($Si$), что и приводит к большей прочности связи $C-C$ по сравнению со связью $Si-Si$.

Ответ: Энергия связи между атомами элементов второго периода (кроме углерода) меньше, чем у их аналогов из третьего периода, из-за сильного отталкивания между неподеленными электронными парами на соседних атомах. Малый размер атомов азота, кислорода и фтора приводит к тому, что их неподеленные пары сближаются на критически малое расстояние, создавая мощное электростатическое отталкивание, которое ослабляет ковалентную связь. У более крупных атомов третьего периода (фосфора, серы, хлора) этот эффект выражен значительно слабее. Углерод является исключением, так как в своих типичных соединениях он не имеет неподеленных электронных пар, и для него данный дестабилизирующий фактор отсутствует.