Номер 132, страница 269 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.132. Какие из перечисленных молекул: ${\mathrm{SiCl}}_4,$ ${\mathrm{SiH}}_2{\mathrm{Cl}}_2,$ ${\mathrm{С}}_2{\mathrm{Н}}_2,$ ${\mathrm{O}}_3,$ ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4,$ ${\mathrm{P}}_4{\mathrm{O}}_{10},$ ${\mathrm{N}}_2\mathrm{O},$ ${\mathrm{SF}}_4,$ нитробензол, диэтиловый эфир – неполярны, т. е. имеют нулевой дипольный момент?

Для определения полярности молекулы необходимо проанализировать ее геометрию и полярность химических связей. Молекула является неполярной (имеет нулевой дипольный момент), если векторная сумма дипольных моментов всех связей в ней равна нулю. Это возможно либо при отсутствии полярных связей, либо при симметричном расположении полярных связей, при котором их дипольные моменты взаимно компенсируются.

SiCl₄

Молекула тетрахлорида кремния ($SiCl_4$) имеет тетраэдрическое строение. Атом кремния ($Si$) расположен в центре тетраэдра, а четыре атома хлора ($Cl$) — в его вершинах. Связь $Si-Cl$ является полярной, так как хлор более электроотрицателен, чем кремний. Однако из-за высокой симметрии тетраэдрической структуры дипольные моменты четырех связей $Si-Cl$ направлены от центра к вершинам тетраэдра и взаимно компенсируют друг друга. В результате суммарный дипольный момент молекулы равен нулю.

Ответ: молекула неполярна.

SiH₂Cl₂

Молекула дихлорсилана ($SiH_2Cl_2$) также имеет тетраэдрическое строение с атомом кремния в центре. Однако в вершинах тетраэдра находятся разные атомы: два атома водорода ($H$) и два атома хлора ($Cl$). Связи $Si-Cl$ и $Si-H$ полярны, причем их полярности и, соответственно, дипольные моменты различны (дипольный момент связи $Si-Cl$ значительно больше). Из-за асимметричного расположения разных заместителей дипольные моменты связей не компенсируют друг друга. Векторная сумма дипольных моментов не равна нулю.

Ответ: молекула полярна.

C₂H₂

Молекула ацетилена ($C_2H_2$) имеет линейное строение ($H-C \equiv C-H$). Связь $C-H$ слабополярна (электроотрицательность углерода немного выше, чем у водорода). Два вектора дипольных моментов связей $C-H$ равны по величине, но направлены в противоположные стороны вдоль одной прямой. Вследствие этого они взаимно компенсируются, и суммарный дипольный момент молекулы равен нулю.

Ответ: молекула неполярна.

O₃

Молекула озона ($O_3$) имеет угловое (изогнутое) строение. У центрального атома кислорода есть одна неподеленная электронная пара. Хотя все атомы одинаковы, распределение электронной плотности в молекуле неравномерно, что можно показать через резонансные структуры ($O=O^+-O^-$ $\leftrightarrow$ $O^--O^+=O$). Из-за угловой формы и неравномерного распределения заряда молекула имеет постоянный дипольный момент.

Ответ: молекула полярна.

N₂O₄

Молекула тетраоксида диазота ($N_2O_4$) имеет плоское симметричное строение ($O_2N-NO_2$). Она состоит из двух групп $NO_2$, соединенных связью $N-N$. Каждая связь $N-O$ полярна. Однако молекула в целом симметрична относительно центра связи $N-N$. Дипольные моменты двух фрагментов $NO_2$ направлены в противоположные стороны и взаимно компенсируют друг друга. Суммарный дипольный момент равен нулю.

Ответ: молекула неполярна.

P₄O₁₀

Молекула декаоксида тетрафосфора ($P_4O_{10}$), являющаяся димером оксида фосфора(V), имеет высокосимметричную каркасную структуру, в основе которой лежит тетраэдр из четырех атомов фосфора ($P$). Связи $P-O$ полярны. Однако благодаря тетраэдрической симметрии (точечная группа $T_d$), подобно $CCl_4$ или $SiCl_4$, дипольные моменты всех связей в пространстве взаимно компенсируются. Суммарный дипольный момент молекулы равен нулю.

Ответ: молекула неполярна.

N₂O

Молекула оксида диазота(I) ($N_2O$) имеет линейное, но несимметричное строение, порядок атомов в ней $N-N-O$. Так как на концах молекулы находятся разные атомы (азот и кислород), то дипольные моменты связей ($N \equiv N^+ - O^-$ и другие резонансные структуры) не компенсируют друг друга. Молекула обладает дипольным моментом.

Ответ: молекула полярна.

SF₄

В молекуле тетрафторида серы ($SF_4$) центральный атом серы ($S$) связан с четырьмя атомами фтора ($F$) и имеет одну неподеленную электронную пару. Геометрия молекулы — "качели" (искаженный тетраэдр). Эта геометрия не является симметричной. Связи $S-F$ сильно полярны, и их дипольные моменты не компенсируют друг друга. В результате молекула имеет значительный дипольный момент.

Ответ: молекула полярна.

нитробензол

Молекула нитробензола ($C_6H_5NO_2$) состоит из бензольного кольца и нитрогруппы ($-NO_2$). Нитрогруппа является сильным акцептором электронов и создает значительный дипольный момент, направленный от кольца к группе $-NO_2$. Молекула несимметрична, и этот дипольный момент не скомпенсирован.

Ответ: молекула полярна.

диэтиловый эфир

В молекуле диэтилового эфира ($(C_2H_5)_2O$) атом кислорода связан с двумя этильными группами. Из-за наличия двух неподеленных электронных пар на атоме кислорода молекула имеет угловое строение (подобно молекуле воды). Связи $C-O$ полярны. Из-за угловой геометрии дипольные моменты двух связей $C-O$ не компенсируют друг друга, а складываются векторно, образуя результирующий дипольный момент.

Ответ: молекула полярна.