Номер 3, страница 60 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 8. Ковалентная химическая связь и механизмы её образования - номер 3, страница 60.

Условие.

3. Найдите сходство и различия между:

а) ковалентной полярной и ковалентной неполярной связью;

б) ковалентными связями, образованными по обменному и донорно-акцепторному механизмам;

в) $ \sigma $- и $ \pi $-связями.

Решение.

Решение 2.

а) ковалентной полярной и ковалентной неполярной связью;

Сходство:

• И полярная, и неполярная ковалентные связи образуются за счет обобществления электронных пар между атомами.
• В обоих случаях механизм образования связи — перекрывание атомных орбиталей.
• Оба типа связи характерны для взаимодействия атомов неметаллов.

Различия:

• По способу образования: Неполярная связь образуется между атомами одного и того же химического элемента (например, $H_2$, $O_2$, $N_2$) или между атомами с очень близкими значениями электроотрицательности (разность электроотрицательностей $\Delta\chi \approx 0$). Полярная связь возникает между атомами разных химических элементов, электроотрицательность которых заметно различается ($0.4 < \Delta\chi < 2.0$).
• По распределению электронной плотности: В неполярной связи общая электронная пара распределена симметрично между ядрами атомов. В полярной связи электронная плотность смещена к атому с большей электроотрицательностью.
• По наличию дипольного момента: Из-за смещения электронной плотности в полярной связи возникает дипольный момент: на более электроотрицательном атоме образуется частичный отрицательный заряд ($\delta^-$), а на менее электроотрицательном — частичный положительный заряд ($\delta^+$). В неполярной связи дипольный момент равен нулю.

Ответ: Сходство ковалентной полярной и неполярной связей заключается в их механизме образования (обобществление электронов путем перекрывания орбиталей). Различия заключаются в распределении электронной плотности: в неполярной связи она распределена симметрично, а в полярной — смещена к более электроотрицательному атому, что приводит к возникновению полярности (дипольного момента).

б) ковалентными связями, образованными по обменному и донорно-акцепторному механизмам;

Сходство:

• Оба механизма приводят к образованию ковалентной связи, основанной на общей электронной паре.
• После образования связь, сформированная по донорно-акцепторному механизму, по своим свойствам (длина, энергия, полярность) не отличается от связи, образованной по обменному механизму. Например, в ионе аммония $NH_4^+$ все четыре связи $N-H$ одинаковы.

Различия:

• По источнику электронов: При обменном механизме каждый из двух атомов предоставляет по одному неспаренному электрону для образования общей пары (например, H· + ·H → H:H). При донорно-акцепторном механизме один атом (донор) предоставляет уже готовую электронную пару, а другой атом (акцептор) — свободную (вакантную) орбиталь для этой пары.
• По условиям для атомов: Для образования связи по обменному механизму у каждого атома должен быть хотя бы один неспаренный электрон. Для донорно-акцепторного механизма у донора должна быть неподеленная электронная пара, а у акцептора — свободная орбиталь.
• Примеры: Обменный механизм — образование молекул $H_2$, $Cl_2$, $CH_4$. Донорно-акцепторный механизм — образование иона аммония $NH_4^+$ из аммиака $NH_3$ (донор) и иона водорода $H^+$ (акцептор).

Ответ: Сходство заключается в том, что в результате обоих механизмов образуется ковалентная связь за счет общей электронной пары. Различие состоит в способе предоставления электронов для этой пары: при обменном механизме каждый атом дает по одному электрону, а при донорно-акцепторном один атом (донор) предоставляет пару электронов, а другой (акцептор) — пустую орбиталь.

в) $\sigma$- и $\pi$-связями.

Сходство:

• И $\sigma$- (сигма), и $\pi$- (пи) связи являются видами ковалентной связи.
• Обе образуются в результате перекрывания атомных орбиталей и представляют собой обобществленную электронную пару.

Различия:

• По способу перекрывания орбиталей: $\sigma$-связь образуется при "лобовом" перекрывании орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атомов. Область максимальной электронной плотности находится на этой линии. $\pi$-связь образуется при "боковом" перекрывании p- или d-орбиталей. Области максимальной электронной плотности находятся над и под линией, соединяющей ядра.
• По прочности: $\sigma$-связь прочнее $\pi$-связи, так как лобовое перекрывание орбиталей более эффективно, чем боковое.
• По расположению в молекуле: Одинарная связь всегда является $\sigma$-связью. Двойная связь состоит из одной $\sigma$- и одной $\pi$-связи. Тройная связь состоит из одной $\sigma$- и двух $\pi$-связей. $\pi$-связь не может существовать без $\sigma$-связи между теми же атомами.
• По возможности вращения: Вокруг одинарной $\sigma$-связи возможно свободное вращение атомов. Вращение вокруг двойной или тройной связи, содержащей $\pi$-связи, затруднено, так как для этого потребовалось бы разорвать $\pi$-связь.

Ответ: Сходство $\sigma$- и $\pi$-связей в том, что обе они являются ковалентными и образуются при перекрывании атомных орбиталей. Различия заключаются в способе перекрывания (лобовое у $\sigma$-связи, боковое у $\pi$-связи), прочности ($\sigma$-связь прочнее), порядке образования (сначала $\sigma$, потом $\pi$) и возможности вращения вокруг связи (свободное у $\sigma$, ограниченное у $\pi$).