Номер 3, страница 43, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какое геометрическое строение характерно для молекул, которые содержат $sp$- гибридизированные атомы?

Для атомов в состоянии $sp^{3}$-гибридизации характерно образование четырех гибридных орбиталей, которые одинаковы по форме и энергии. Эти орбитали возникают в результате смешения одной $\text{s}$-орбитали и трех $\text{p}$-орбиталей внешнего электронного слоя атома. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (метод ОЭПВО или VSEPR), эти четыре гибридные $sp^{3}$-орбитали, несущие отрицательный заряд электронов, для минимизации взаимного отталкивания располагаются в пространстве максимально далеко друг от друга.

Такое расположение приводит к формированию тетраэдрической геометрии электронных облаков. Оси четырех гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра, а ядро гибридизованного атома находится в его центре. Валентный угол, то есть угол между осями гибридных орбиталей, в идеальном тетраэдре составляет $109.5^{\circ}$ (или, точнее, $109^{\circ}28'$).

Однако, конечная геометрическая форма (строение) молекулы, которая определяется взаимным расположением атомных ядер, зависит от того, все ли гибридные орбитали участвуют в образовании химических связей или некоторые из них заняты неподеленными электронными парами.

1. Если все четыре $sp^{3}$-гибридные орбитали центрального атома образуют четыре σ-связи (сигма-связи) и неподеленные электронные пары отсутствуют (тип $AX_{4}$), то молекула имеет тетраэдрическое строение. Примером является молекула метана ($CH_{4}$), где атом углерода находится в центре тетраэдра, а атомы водорода — в его вершинах. Угол $H-C-H$ равен $109.5^{\circ}$.

2. Если три орбитали образуют связи, а одна занята неподеленной электронной парой (тип $AX_{3}E_{1}$), то геометрия самой молекулы (определяемая положением ядер атомов) становится тригонально-пирамидальной. Неподеленная электронная пара отталкивается от связывающих пар сильнее, чем связывающие пары друг от друга, что приводит к сжатию валентных углов. Например, в молекуле аммиака ($NH_{3}$) угол $H-N-H$ составляет примерно $107^{\circ}$.

3. Если две орбитали образуют связи, а две другие заняты неподеленными парами (тип $AX_{2}E_{2}$), то геометрия молекулы становится угловой или изогнутой. Две неподеленные пары создают еще большее отталкивание, сильнее сжимая угол между связями. Классический пример — молекула воды ($H_{2}O$), где угол $H-O-H$ равен примерно $104.5^{\circ}$.

Ответ: Для молекул, содержащих $sp^{3}$-гибридизованные атомы, характерно тетраэдрическое расположение электронных пар вокруг центрального атома с валентными углами, близкими к $109.5^{\circ}$. В зависимости от количества неподеленных электронных пар, геометрия самой молекулы может быть тетраэдрической (например, $CH_{4}$), тригонально-пирамидальной (например, $NH_{3}$) или угловой (изогнутой) (например, $H_{2}O$).