Номер 7, страница 49 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 5. Химическая связь. Виды химической связи. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - номер 7, страница 49.

Условие.

7. Объясните, почему в соединениях с кратными связями одна связь $\sigma$-, а остальные $-\pi$-связи.

Решение.

Решение 2.

Решение

Это явление объясняется фундаментальными принципами образования химических связей, в частности, методом валентных связей, который описывает связь как результат перекрывания атомных орбиталей.

Основное различие между $\sigma$- и $\pi$-связями заключается в геометрии их образования:

1. $\sigma$-связь (сигма-связь) формируется при "лобовом" (осевом) перекрывании атомных орбиталей. Это означает, что область максимальной электронной плотности находится непосредственно на линии, соединяющей ядра связываемых атомов (межъядерная ось). Такое перекрывание является наиболее эффективным и энергетически выгодным, поэтому оно всегда происходит первым. Поскольку на одной оси может быть только одна область максимального перекрывания, между двумя атомами может существовать только одна $\sigma$-связь. Она образует прочный "скелет" связи.

2. $\pi$-связь (пи-связь) образуется после формирования $\sigma$-связи. Она возникает в результате "бокового" (параллельного) перекрывания негибридизованных p-орбиталей, оси которых перпендикулярны межъядерной линии. В результате образуются две области повышенной электронной плотности — над и под плоскостью, в которой лежит $\sigma$-связь. Боковое перекрывание менее эффективно, чем лобовое, поэтому $\pi$-связь слабее, чем $\sigma$-связь.

При образовании кратных связей (двойных или тройных) первая связь, устанавливаемая между двумя атомами, — это всегда $\sigma$-связь, так как она самая прочная. Например, в двойной связи (как $C=C$) одна связь является $\sigma$-связью (образована перекрыванием $sp^2-sp^2$ гибридных орбиталей), а вторая — $\pi$-связью (образована боковым перекрыванием оставшихся у каждого атома p-орбиталей). В тройной связи (как $C \equiv C$) одна связь является $\sigma$-связью (например, $sp-sp$), а две другие — это две $\pi$-связи, которые образуются за счет бокового перекрывания двух пар p-орбиталей и лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Таким образом, $\sigma$-связь является обязательным и первичным элементом любой ковалентной связи, а $\pi$-связи могут лишь дополнять её, образуя кратные связи.

Ответ:

В соединениях с кратными связями одна связь является $\sigma$-связью, а остальные — $\pi$-связями, потому что $\sigma$-связь образуется в результате наиболее энергетически выгодного и прочного "лобового" перекрывания атомных орбиталей вдоль оси, соединяющей ядра. Эта ось может быть занята только одной связью. Все последующие связи (вторая и третья) должны образовываться в других областях пространства, что достигается за счет "бокового" перекрывания p-орбиталей над и под осью $\sigma$-связи, формируя более слабые $\pi$-связи.