Номер 6, страница 101 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 15. Электронное строение и химические связи атома углерода. Глава 2. Основные понятия органической химии - номер 6, страница 101.

Условие.

6. Молекула аммиака представляет собой треугольную пирамиду, в ней угол между связями $N-H$ равен $107^\circ$. В каком гибридном состоянии находится атом азота?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Молекула аммиака ($NH_3$) имеет форму тригональной пирамиды.

Угол между связями N—H ($\angle HNH$) равен $107^\circ$.

Найти:

В каком гибридном состоянии находится атом азота (N)?

Решение:

1.Рассмотрим электронное строение центрального атома в молекуле аммиака — азота (N). Азот находится в 15-й группе (VА группе) периодической системы, его порядковый номер — 7. Электронная конфигурация атома азота в основном состоянии: $1s^22s^22p^3$.

2.На внешнем (валентном) энергетическом уровне у азота находится 5 электронов: 2 на $s$-подуровне и 3 на $p$-подуровне.

3.В молекуле аммиака $NH_3$ атом азота образует три ковалентные связи по обменному механизму с тремя атомами водорода. Кроме трех связывающих электронных пар, у атома азота остается одна неподеленная электронная пара.

4.Таким образом, вокруг атома азота находятся четыре области электронной плотности: три, участвующие в образовании $\sigma$-связей (сигма-связей), и одна, занятая неподеленной парой.

5.Согласно теории валентных связей и концепции гибридизации, для объяснения геометрии молекулы необходимо определить тип гибридизации атомных орбиталей центрального атома. Если вокруг атома 4 области электронной плотности, это соответствует $sp^3$-гибридизации. При этом происходит смешение одной $s$-орбитали и трех $p$-орбиталей с образованием четырех равноценных по форме и энергии гибридных $sp^3$-орбиталей.

6.Эти четыре $sp^3$-гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра, и угол между ними в идеальном случае составляет $109.5^\circ$.

7.В молекуле аммиака три из четырех гибридных орбиталей азота перекрываются с $1s$-орбиталями трех атомов водорода, образуя три связи $N-H$. Четвертая гибридная орбиталь занята неподеленной электронной парой.

8.Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR), неподеленная электронная пара занимает больший объем в пространстве и оказывает более сильное отталкивающее действие на связывающие электронные пары, чем они друг на друга. Это приводит к тому, что валентные углы $\angle HNH$ сжимаются и становятся меньше тетраэдрического угла $109.5^\circ$. Экспериментально измеренный угол $107^\circ$ хорошо согласуется с этой моделью.

9.В результате, электронная геометрия (расположение всех электронных пар) является тетраэдрической, а молекулярная геометрия (расположение атомов) — тригонально-пирамидальной, что и указано в условии задачи.

10.Вывод: тригонально-пирамидальная форма молекулы и валентный угол, близкий к тетраэдрическому ($107^\circ$), указывают на то, что атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации.

Ответ: Атом азота в молекуле аммиака находится в состоянии $sp^3$-гибридизации.