Номер 93, страница 203 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.93. Почему молекулы ромбической серы не являются плоскими?

Молекулы ромбической серы, имеющие формулу $S_8$, не являются плоскими из-за особенностей электронного строения атомов серы и геометрии химических связей, которые они образуют. Этот факт объясняется с помощью теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

1. Электронное строение атома серы. Сера находится в 16-й группе периодической системы, на ее внешнем электронном уровне находится 6 валентных электронов ($3s^23p^4$).

2. Образование связей в молекуле $S_8$. В молекуле ромбической серы каждый атом серы образует две простые ковалентные связи с двумя соседними атомами серы, образуя замкнутый восьмичленный цикл. Для образования этих двух связей каждый атом серы использует по два валентных электрона.

3. Геометрия вокруг атома серы. У каждого атома серы в цикле, помимо двух связывающих электронных пар (образующих связи S-S), остаются еще четыре валентных электрона, которые образуют две неподеленные электронные пары. Таким образом, вокруг каждого атома серы находятся четыре электронные пары (две связывающие и две неподеленные). Согласно теории VSEPR, эти четыре электронные пары располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать взаимное отталкивание, то есть они стремятся занять вершины тетраэдра.

4. Валентный угол. Тетраэдрическое расположение электронных пар предполагает, что валентный угол (в данном случае угол S-S-S) должен быть близок к $109.5^\circ$. Неподеленные пары отталкиваются сильнее, чем связывающие, поэтому они сжимают угол между связями. В реальности валентный угол в молекуле $S_8$ составляет около $107.8^\circ$.

5. Сравнение с плоской структурой. Если бы молекула $S_8$ была плоским восьмиугольником, то внутренние углы в ней должны были бы составлять $(8-2) \times 180^\circ / 8 = 135^\circ$. Такой угол значительно отличается от энергетически выгодного угла $107.8^\circ$, что привело бы к огромному угловому напряжению в молекуле и ее нестабильности.

Чтобы снять это напряжение и достичь наиболее стабильной конфигурации с валентными углами, близкими к тетраэдрическим, цикл из восьми атомов серы изгибается и принимает неплоскую, коронообразную (креслообразную) конформацию.

Ответ: Молекулы ромбической серы ($S_8$) не являются плоскими, потому что каждый атом серы в молекуле связан с двумя другими атомами и имеет две неподеленные электронные пары. Это приводит к тому, что для каждого атома энергетически выгодной является геометрия с валентным углом S-S-S около $107.8^\circ$. В плоской кольцевой молекуле этот угол составлял бы $135^\circ$, что создавало бы большое угловое напряжение. Для достижения стабильного валентного угла молекула принимает неплоскую, коронообразную структуру.