Номер 4, страница 7, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Сравните строение молекулы азота с молекулами водорода и кислорода. Почему энергия связи у азота самая высокая?

4. Для сравнения строения молекул азота ($N_2$), водорода ($H_2$) и кислорода ($O_2$) необходимо рассмотреть тип химической связи в каждой из них.

В молекуле водорода ($H_2$) два атома водорода соединены одинарной ковалентной связью. Каждый атом водорода имеет один электрон и, образуя одну общую электронную пару, достигает стабильной электронной конфигурации, как у атома гелия. Структурная формула: $H-H$.

В молекуле кислорода ($O_2$) два атома кислорода соединены двойной ковалентной связью. Атом кислорода имеет 6 валентных электронов, и для достижения стабильного октета (8 электронов) каждый атом должен получить по 2 электрона. Это достигается за счет образования двух общих электронных пар. Структурная формула: $O=O$.

В молекуле азота ($N_2$) два атома азота соединены тройной ковалентной связью. Атом азота имеет 5 валентных электронов, и для достижения октета ему необходимо 3 электрона. Два атома азота образуют три общие электронные пары. Структурная формула: $N \equiv N$.

Энергия связи – это энергия, необходимая для разрыва 1 моля химических связей в газовой фазе. Она является мерой прочности связи. Прочность ковалентной связи напрямую зависит от её кратности, то есть от числа электронных пар, связывающих атомы. Чем выше кратность, тем короче и прочнее связь, и тем больше энергии требуется для ее разрыва.

Сравним энергии связей:

• Одинарная связь $H-H$ в $H_2$: энергия связи $\approx 436 \text{ кДж/моль}$.
• Двойная связь $O=O$ в $O_2$: энергия связи $\approx 498 \text{ кДж/моль}$.
• Тройная связь $N \equiv N$ в $N_2$: энергия связи $\approx 945 \text{ кДж/моль}$.

Таким образом, энергия связи у азота является самой высокой, потому что атомы в его молекуле связаны тройной связью. Тройная связь — самая прочная из трёх рассматриваемых видов связи. Для её разрыва требуется значительно больше энергии, чем для разрыва двойной связи в кислороде и одинарной в водороде. Именно высокая прочность тройной связи обуславливает химическую инертность молекулярного азота.

Ответ: В молекулах водорода, кислорода и азота атомы соединены ковалентной связью разной кратности: в $H_2$ — одинарной, в $O_2$ — двойной, в $N_2$ — тройной. Энергия связи, характеризующая её прочность, увеличивается с ростом кратности. Тройная связь в молекуле азота ($N \equiv N$) является самой короткой и прочной, поэтому её энергия ($ \approx 945 \text{ кДж/моль}$) значительно выше, чем энергия двойной связи в кислороде ($ \approx 498 \text{ кДж/моль}$) и одинарной связи в водороде ($ \approx 436 \text{ кДж/моль}$).