Номер 240, страница 217 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.240. Сравните углы связей между атомами фосфора в белом и красном фосфоре. Как это влияет на реакционную способность простых веществ?

Сравните углы связей между атомами фосфора в белом и красном фосфоре.

Фосфор существует в нескольких аллотропных модификациях, из которых наиболее известны белый и красный фосфор. Их свойства, включая реакционную способность, напрямую зависят от строения их кристаллических решеток.

Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки находятся дискретные молекулы $P_4$. Эти молекулы имеют форму правильного тетраэдра, в вершинах которого расположены атомы фосфора. Поскольку грани тетраэдра являются равносторонними треугольниками, валентный угол $P-P-P$ в молекуле белого фосфора составляет $60^\circ$.

Красный фосфор является полимером и имеет сложную пространственную структуру. Его структура образуется в результате разрыва одной из связей в тетраэдрах $P_4$ и последующего их соединения в длинные цепи. В этой полимерной структуре атомы фосфора образуют пирамидальные связи, и валентные углы $P-P-P$ значительно больше, чем в белом фосфоре. Они составляют примерно $102^\circ$, что гораздо ближе к "нормальному" валентному углу для атома с тремя связями и одной неподеленной парой.

Ответ: Угол связи между атомами фосфора в молекуле белого фосфора ($P_4$) равен $60^\circ$. В полимерной структуре красного фосфора этот угол составляет около $102^\circ$. Таким образом, угол связи в красном фосфоре значительно больше, чем в белом.

Как это влияет на реакционную способность простых веществ?

Различие в валентных углах является ключевым фактором, определяющим разницу в реакционной способности белого и красного фосфора. В химии существует понятие углового напряжения (или напряжения Байера), которое возникает, когда валентные углы в молекуле значительно отклоняются от своих оптимальных ("нормальных") значений.

Для атома фосфора, образующего три одинарные связи и имеющего одну неподеленную электронную пару (как в молекуле $P_4$), оптимальным является угол, близкий к $107^\circ$. В молекуле белого фосфора реальный угол $60^\circ$ очень сильно отличается от оптимального. Это создает огромное угловое напряжение в молекуле $P_4$. Напряженные связи $P-P$ являются слабыми и легко разрываются. Именно поэтому белый фосфор — чрезвычайно реакционноспособное вещество. Он химически активен, самовоспламеняется на воздухе и очень ядовит.

В красном фосфоре валентный угол $P-P-P$ ($\approx 102^\circ$) гораздо ближе к оптимальному значению. Следовательно, угловое напряжение в его полимерной структуре незначительно. Связи $P-P$ в нем значительно прочнее, а само вещество — гораздо более стабильно. В результате красный фосфор не самовоспламеняется на воздухе, для вступления в реакции требует нагревания и является практически нетоксичным.

Ответ: Малый угол связи ($60^\circ$) в белом фосфоре создает сильное угловое напряжение, что делает его молекулы нестабильными и приводит к высокой реакционной способности. Больший и близкий к оптимальному угол связи ($\approx 102^\circ$) в красном фосфоре означает отсутствие значительного напряжения, что делает его структуру стабильной и обуславливает его значительно меньшую реакционную способность по сравнению с белым фосфором.