Номер 5, страница 39, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Приведите примеры неполярных молекул, имеющих ковалентные полярные связи.

Решение

Неполярная молекула — это молекула, у которой суммарный дипольный момент равен нулю. Такое возможно, даже если в молекуле присутствуют полярные ковалентные связи. Полярная ковалентная связь возникает между атомами с разной электроотрицательностью, что приводит к смещению электронной плотности и возникновению дипольного момента отдельной связи. Однако, если молекула имеет симметричное строение, дипольные моменты отдельных связей могут взаимно компенсировать (уничтожать) друг друга.

Полярность молекулы определяется векторной суммой дипольных моментов всех связей. Если эта сумма равна нулю, молекула является неполярной.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Углекислый газ ($CO_2$)

Молекула углекислого газа имеет линейное строение: O=C=O. Связь между углеродом (C) и кислородом (O) является ковалентной полярной, так как электроотрицательность кислорода (3.44) значительно выше электроотрицательности углерода (2.55). Это создает два дипольных момента, направленных от атома углерода к атомам кислорода. Однако, поскольку молекула линейна и симметрична, эти два вектора дипольных моментов равны по величине и противоположны по направлению. В результате они взаимно компенсируются, и суммарный дипольный момент молекулы $CO_2$ равен нулю, что делает её неполярной.

2. Тетрахлорметан ($CCl_4$)

Молекула $CCl_4$ имеет симметричное тетраэдрическое строение, с атомом углерода в центре и четырьмя атомами хлора в вершинах тетраэдра. Связь C-Cl является сильнополярной из-за большой разницы в электроотрицательности между хлором (3.16) и углеродом (2.55). Дипольные моменты четырех связей C-Cl направлены от атома углерода к атомам хлора. Благодаря симметричному расположению связей в пространстве, их дипольные моменты взаимно компенсируются. Векторная сумма диполей равна нулю, поэтому молекула $CCl_4$ в целом является неполярной.

3. Трифторид бора ($BF_3$)

Молекула $BF_3$ имеет форму плоского равностороннего треугольника, в центре которого находится атом бора, а в вершинах — атомы фтора. Связь B-F очень полярна, так как фтор — самый электроотрицательный элемент (3.98), а у бора электроотрицательность равна 2.04. Три дипольных момента связей B-F направлены от бора к фтору. Они расположены под углом 120o друг к другу в одной плоскости. Векторная сумма этих трех одинаковых по величине векторов, расположенных симметрично, равна нулю. Следовательно, молекула $BF_3$ является неполярной.

4. Метан ($CH_4$)

Молекула метана имеет тетраэдрическое строение. Связь C-H является слабополярной (электроотрицательность углерода 2.55, водорода 2.20), поэтому каждая связь имеет небольшой дипольный момент, направленный к атому углерода. Из-за высокой симметрии тетраэдрической структуры векторная сумма этих четырех дипольных моментов равна нулю. Таким образом, молекула метана неполярна.

Ответ: Примерами неполярных молекул, имеющих полярные ковалентные связи, являются углекислый газ ($CO_2$), тетрахлорметан ($CCl_4$), трифторид бора ($BF_3$), метан ($CH_4$), гексафторид серы ($SF_6$). Неполярность этих молекул обусловлена их симметричным строением, из-за которого дипольные моменты отдельных полярных связей взаимно компенсируются, и суммарный дипольный момент молекулы оказывается равным нулю.