Номер 7, страница 28 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Примените свои знания. Параграф 5. Ковалентная химическая связь. Глава I. Строение веществ - номер 7, страница 28.

Условие.

7. Запишите формулу хлорида аммония, охарактеризуйте все химические связи этого соединения. Объясните механизмы их образования. Аргументируйте вывод о единой природе химической связи.

Решение.

Решение 2.

Формула хлорида аммония

Хлорид аммония — это ионное соединение, образованное сложным катионом аммония ($NH_4^+$) и простым анионом хлора ($Cl^-$). Поскольку заряды ионов равны по модулю ($+1$ и $-1$), их соотношение в формульной единице составляет 1:1.

Ответ: Химическая формула хлорида аммония — $NH_4Cl$.

Характеристика химических связей и механизмы их образования

В кристалле хлорида аммония одновременно существуют два типа химических связей: ионная и ковалентная полярная.

1. Ионная связь. Эта связь существует между положительно заряженным катионом аммония ($NH_4^+$) и отрицательно заряженным хлорид-анионом ($Cl^-$). Она образуется за счет сил электростатического притяжения между этими противоположно заряженными ионами, которые удерживают их вместе в ионной кристаллической решетке. Процесс образования можно представить реакцией аммиака с хлороводородом: $NH_3 + HCl \rightarrow [NH_4]^+[Cl]^-$ В ходе реакции протон ($H^+$) отщепляется от атома хлора и присоединяется к молекуле аммиака, образуя ион аммония. В результате образуются катион $NH_4^+$ и анион $Cl^-$, которые и формируют ионную связь.

2. Ковалентная полярная связь. Этот тип связи присутствует внутри катиона аммония ($NH_4^+$), связывая атом азота с четырьмя атомами водорода. Механизмы образования этих связей различны:

• Обменный механизм: Атом азота ($N$), имеющий на внешнем энергетическом уровне 5 электронов ($...2s^22p^3$), образует три ковалентные связи с тремя атомами водорода ($H$) по обменному механизму. Азот и каждый из трех атомов водорода предоставляют по одному неспаренному электрону для создания трех общих электронных пар. В результате образуется молекула аммиака ($NH_3$), у атома азота в которой остается одна неподеленная электронная пара.
• Донорно-акцепторный механизм: Четвертая связь $N-H$ образуется, когда молекула аммиака ($NH_3$) взаимодействует с ионом водорода ($H^+$), у которого есть свободная (вакантная) 1s-орбиталь. Атом азота выступает в роли донора, предоставляя свою неподеленную электронную пару, а ион водорода ($H^+$) — в роли акцептора этой пары. $H_3N: + H^+ \rightarrow [H_3N \rightarrow H]^+$ или $[NH_4]^+$

Важно отметить, что после образования катиона аммония все четыре связи $N-H$ становятся абсолютно одинаковыми по длине, энергии и другим характеристикам. Происходит выравнивание (делокализация) связей. Поскольку электроотрицательность азота (≈3.04) выше, чем у водорода (≈2.20), общие электронные пары смещены к атому азота, что делает связи $N-H$ полярными.

Ответ: В хлориде аммония ($NH_4Cl$) между катионом $NH_4^+$ и анионом $Cl^-$ присутствует ионная связь. Внутри катиона $NH_4^+$ существуют четыре ковалентные полярные связи $N-H$, три из которых образованы по обменному механизму, а одна — по донорно-акцепторному.

Аргументация вывода о единой природе химической связи

Единая природа химической связи заключается в том, что в основе всех ее основных типов (ковалентной, ионной, металлической) лежат электростатические взаимодействия между положительно заряженными ядрами атомов и отрицательно заряженными электронами. Различия между типами связей обусловлены характером распределения электронной плотности в пространстве между взаимодействующими атомами.

Ионную и ковалентную связь можно рассматривать как крайние случаи в непрерывном спектре смещения общей электронной пары.

• Ковалентная неполярная связь: образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью (например, $H-H$, $Cl-Cl$). Разность электроотрицательностей ($\Delta\chi$) равна нулю, и электронная плотность распределена между ядрами симметрично.
• Ковалентная полярная связь: образуется между атомами с разной электроотрицательностью (например, $N-H$ в $NH_4^+$). Электронная пара смещена к более электроотрицательному атому, что приводит к появлению на атомах частичных зарядов ($\delta+$ и $\delta-$).
• Ионная связь: является предельным случаем ковалентной полярной связи. При очень большой разности электроотрицательностей ($\Delta\chi \ge 1.7-2.0$) общая электронная пара настолько сильно смещается к одному из атомов, что происходит практически полный перенос электрона. Это приводит к образованию ионов с целочисленными зарядами (например, $NH_4^+$ и $Cl^-$).

Таким образом, нет четкой и абсолютной границы между ковалентной и ионной связью. Любая связь, образованная разными атомами, в той или иной степени полярна и обладает определенной долей ионности. Сосуществование в одном веществе, хлориде аммония, и ковалентных, и ионных связей наглядно иллюстрирует, что они являются проявлением единой электростатической природы взаимодействия атомов.

Ответ: Единая природа химической связи заключается в ее общем электростатическом характере (взаимодействие ядер и электронов). Разные типы связи — это лишь крайние случаи в непрерывном спектре распределения электронной плотности между атомами, степень смещения которой определяется разностью их электроотрицательностей.