Номер 102, страница 266 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.102. Какие значения может принимать порядок ковалентной связи? Может ли он быть дробным?

Какие значения может принимать порядок ковалентной связи?

Порядок ковалентной связи — это величина, характеризующая кратность связи, то есть количество электронных пар, связывающих два атома. Порядок связи определяет ее прочность и длину: чем выше порядок связи, тем она прочнее и короче.

В рамках теории валентных связей и структурных формул Льюиса порядок связи обычно принимает целочисленные значения:

• Порядок связи 1 (одинарная связь): одна общая электронная пара. Примеры: связь H-H в молекуле водорода ($H_2$), связь C-H в метане ($CH_4$), связь F-F во фторе ($F_2$).
• Порядок связи 2 (двойная связь): две общие электронные пары. Примеры: связь O=O в молекуле кислорода ($O_2$), связь C=O в диоксиде углерода ($CO_2$).
• Порядок связи 3 (тройная связь): три общие электронные пары. Примеры: связь N≡N в молекуле азота ($N_2$), связь C≡C в ацетилене ($C_2H_2$).

Существуют и более высокие, хотя и редкие, порядки связи, например, четверная связь (порядок 4) в некоторых соединениях переходных металлов.

Также порядок связи может быть равен нулю. Это означает, что устойчивая химическая связь между атомами не образуется (например, как в гипотетической молекуле $He_2$).

Кроме целочисленных, порядок связи может принимать и дробные значения, что будет рассмотрено далее.

Ответ: Порядок ковалентной связи может принимать целочисленные значения (1, 2, 3 и т.д.), нулевое значение, а также дробные значения.

Может ли он быть дробным?

Да, порядок ковалентной связи может быть дробным. Это явление объясняется с помощью концепции резонанса (в методе валентных связей) и методом молекулярных орбиталей (ММО).

1. Резонансные структуры. В молекулах или ионах, где π-связи или неподеленные электронные пары делокализованы (распределены) между несколькими атомами, порядок связи становится усредненным.

• В молекуле бензола ($C_6H_6$) шесть π-электронов равномерно распределены по шести углеродным атомам. Поэтому каждая связь C-C является ни одинарной, ни двойной. Её порядок составляет 1.5.
• В озон-ионе ($O_3$) три атома кислорода связаны связями, порядок которых равен 1.5.
• В карбонат-ионе ($CO_3^{2-}$) одна двойная и две одинарные связи резонируют между тремя атомами кислорода. Всего на 3 связи C-O приходится 4 связывающие электронные пары. Порядок каждой связи C-O равен $4/3 \approx 1.33$.

2. Метод молекулярных орбиталей (ММО). Этот метод дает более строгое определение порядка связи и напрямую приводит к возможности дробных значений. Порядок связи (ПС) вычисляется по формуле:

$ПС = \frac{1}{2}(N_{связ} - N_{разр})$

где $N_{связ}$ — число электронов на связывающих молекулярных орбиталях, а $N_{разр}$ — число электронов на разрыхляющих молекулярных орбиталях.

• Для молекулярного иона водорода $H_2^+$ (1 электрон на связывающей орбитали): $ПС = \frac{1}{2}(1 - 0) = 0.5$.
• Для молекулярного иона гелия $He_2^+$ (2 электрона на связывающей и 1 на разрыхляющей орбитали): $ПС = \frac{1}{2}(2 - 1) = 0.5$.
• Для катиона кислорода $O_2^+$: $ПС = \frac{1}{2}(8 - 3) = 2.5$.
• Для супероксид-аниона $O_2^-$: $ПС = \frac{1}{2}(8 - 5) = 1.5$.

Ответ: Да, порядок ковалентной связи может быть дробным. Это наблюдается в молекулах и ионах с делокализованными электронами (резонансными структурами) или описывается в рамках метода молекулярных орбиталей.