Номер 8, страница 43, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Молекула оксида углерода (IV) $CO_2$ имеет линейную форму. Сколько $\sigma$- и $\pi$-связей в этой молекуле? Какие электронные облака атома углерода участвуют в образовании этих связей? Является ли молекула $CO_2$ полярной или неполярной?

$\sigma$- и $\pi$-связи в молекуле $CO_2$

Молекула оксида углерода(IV), $CO_2$, имеет линейную структуру O=C=O. Атом углерода связан с каждым из двух атомов кислорода двойной связью. Каждая двойная ковалентная связь состоит из одной $\sigma$-связи (сигма-связи) и одной $\pi$-связи (пи-связи). Таким образом, в молекуле $CO_2$ присутствуют две двойные связи, что в сумме составляет две $\sigma$-связи и две $\pi$-связи.

Ответ: В молекуле $CO_2$ две $\sigma$-связи и две $\pi$-связи.

Электронные облака атома углерода, участвующие в образовании связей

Для образования двух $\sigma$-связей и двух $\pi$-связей центральный атом углерода находится в состоянии $sp$-гибридизации. Электронная конфигурация валентной оболочки углерода в возбужденном состоянии – $2s^12p^3$. В процессе $sp$-гибридизации одна $\text{s}$-орбиталь и одна $\text{p}$-орбиталь смешиваются, образуя два равноценных гибридных $sp$-облака. Эти гибридные облака располагаются линейно под углом 180o друг к другу и участвуют в образовании двух $\sigma$-связей с атомами кислорода путем осевого перекрывания. Два оставшихся негибридных $\text{p}$-облака атома углерода (расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях) участвуют в образовании двух $\pi$-связей путем бокового перекрывания с $\text{p}$-облаками атомов кислорода.

Ответ: В образовании связей участвуют два гибридных $sp$-облака (для $\sigma$-связей) и два негибридных $\text{p}$-облака (для $\pi$-связей) атома углерода.

Полярность молекулы $CO_2$

Полярность молекулы зависит от полярности ее связей и ее геометрии. Электроотрицательность кислорода (3.44) значительно выше электроотрицательности углерода (2.55), поэтому каждая связь C=o является полярной. Электронная плотность смещена к атому кислорода, в результате чего на атомах кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атоме углерода — частичный положительный заряд ($\delta+$). Однако молекула $CO_2$ имеет линейное и симметричное строение. Два дипольных момента отдельных связей C=o равны по величине, но направлены в противоположные стороны. В результате векторная сумма дипольных моментов связей равна нулю, и дипольные моменты компенсируют друг друга. Поэтому, несмотря на полярность связей, молекула в целом является неполярной.

Ответ: Молекула $CO_2$ является неполярной.