Номер 107, страница 267 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.107. Сколько электронов содержится в ионе ${\mathrm{NH}}_4^{+}?$Сколько из них принимают участие в образовании химических связей?

Дано:

Ион аммония $NH_4^+$

Найти:

1. Общее количество электронов в ионе $NH_4^+$.

2. Количество электронов, принимающих участие в образовании химических связей в ионе $NH_4^+$.

Решение:

Для решения задачи ответим на каждый вопрос последовательно.

Сколько электронов содержится в ионе $NH_4^+$?

Общее количество электронов в ионе можно найти, просуммировав число электронов всех атомов, входящих в его состав, и скорректировав это число на величину заряда иона.

1. Атом азота (N) находится в таблице Менделеева под номером 7. Это означает, что нейтральный атом азота содержит 7 протонов и, соответственно, 7 электронов.

2. Атом водорода (H) имеет порядковый номер 1, следовательно, нейтральный атом водорода содержит 1 электрон. В ионе аммония $NH_4^+$ содержится четыре атома водорода, которые суммарно имеют $4 \times 1 = 4$ электрона.

3. Общее число электронов в гипотетической нейтральной частице $NH_4$ было бы равно сумме электронов всех атомов: $7 + 4 = 11$ электронов.

4. Ион $NH_4^+$ имеет положительный заряд +1. Это указывает на то, что частица потеряла один электрон по сравнению с набором нейтральных атомов. Поэтому из общего числа электронов нужно вычесть единицу.

Итоговое количество электронов в ионе $NH_4^+$ равно: $11 - 1 = 10$ электронов.

Ответ: В ионе $NH_4^+$ содержится 10 электронов.

Сколько из них принимают участие в образовании химических связей?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть строение иона аммония. Ион $NH_4^+$ образуется при присоединении протона ($H^+$) к молекуле аммиака ($NH_3$) по донорно-акцепторному механизму.

В ионе $NH_4^+$ центральный атом азота образует четыре одинарные ковалентные связи с четырьмя атомами водорода. Три из этих связей образованы по обменному механизму (унаследованы от молекулы аммиака $NH_3$), а одна — по донорно-акцепторному (за счет неподеленной пары электронов азота и пустой орбитали иона $H^+$). После образования все четыре связи N-H становятся равноценными.

Каждая одинарная ковалентная связь состоит из одной электронной пары, то есть из 2 электронов.

Поскольку в ионе $NH_4^+$ четыре связи N-H, общее число электронов, участвующих в образовании химических связей (связывающих электронов), составляет:
$4 \text{ связи} \times 2 \text{ электрона/связь} = 8$ электронов.

Остальные электроны иона ($10 - 8 = 2$) являются внутренними электронами атома азота (находятся на 1s-подуровне) и не участвуют в образовании химических связей.

Ответ: В образовании химических связей в ионе $NH_4^+$ участвуют 8 электронов.