Номер 9, страница 11 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

9. Опишите пространственную структуру следующих молекул: $AlCl_3$, $PH_3$, $H_2O$, $CaF_2$.

$AlCl_3$

Центральным атомом в молекуле хлорида алюминия ($AlCl_3$) является атом алюминия ($Al$), который принадлежит к 13-й группе и имеет 3 валентных электрона. Он образует три одинарные ковалентные полярные связи с тремя атомами хлора ($Cl$), используя все свои валентные электроны. На центральном атоме алюминия не остается неподеленных электронных пар. Таким образом, атом $Al$ окружен тремя связывающими электронными парами. Согласно модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (ОЭПВО), для минимизации отталкивания эти три пары располагаются в одной плоскости под углами $120^\circ$ друг к другу. Тип гибридизации атомных орбиталей алюминия — $sp^2$. В результате молекула имеет форму правильного (плоского) треугольника с атомом алюминия в центре.

Ответ: Молекула $AlCl_3$ имеет плоскую треугольную (тригональную) структуру с валентными углами $Cl-Al-Cl$ равными $120^\circ$.

$PH_3$

Центральным атомом в молекуле фосфина ($PH_3$) является атом фосфора ($\text{P}$), который принадлежит к 15-й группе и имеет 5 валентных электронов. Он образует три одинарные ковалентные связи с тремя атомами водорода ($\text{H}$). После образования связей у атома фосфора остается одна неподеленная электронная пара. Таким образом, центральный атом окружен четырьмя электронными областями: тремя связывающими парами и одной неподеленной. Эти четыре области располагаются по вершинам тетраэдра (тип гибридизации — $sp^3$). Однако, поскольку одна из вершин занята неподеленной парой, а не атомом, форма самой молекулы является тригональной пирамидой. Неподеленная пара отталкивается от связывающих пар сильнее, чем связывающие пары друг от друга, что приводит к уменьшению валентного угла $H-P-H$ по сравнению с идеальным тетраэдрическим углом ($109.5^\circ$) до приблизительно $93.5^\circ$.

Ответ: Молекула $PH_3$ имеет форму тригональной пирамиды с атомом фосфора в вершине.

$H_2O$

Центральным атомом в молекуле воды ($H_2O$) является атом кислорода ($\text{O}$), который принадлежит к 16-й группе и имеет 6 валентных электронов. Он образует две одинарные ковалентные связи с двумя атомами водорода ($\text{H}$). После образования связей у атома кислорода остаются две неподеленные электронные пары. Центральный атом окружен четырьмя электронными областями: двумя связывающими парами и двумя неподеленными. Эти области располагаются по вершинам тетраэдра (тип гибридизации — $sp^3$). Так как две вершины тетраэдра заняты неподеленными парами, молекула имеет угловую (или V-образную) форму. Сильное отталкивание двух неподеленных электронных пар приводит к сжатию валентного угла $H-O-H$ до значения примерно $104.5^\circ$, что меньше тетраэдрического угла $109.5^\circ$.

Ответ: Молекула $H_2O$ имеет угловую (V-образную) структуру.

$CaF_2$

Фторид кальция ($CaF_2$) является ионным соединением, так как образован металлом (кальций, $Ca$) и неметаллом (фтор, $\text{F}$). В отличие от ковалентных соединений, ионные соединения в твердом состоянии образуют не отдельные молекулы, а упорядоченные кристаллические решетки. $CaF_2$ кристаллизуется в кубической решетке, известной как структура типа флюорита. В этой структуре каждый ион кальция ($Ca^{2+}$) окружен восемью ионами фтора ($F^-$), расположенными в вершинах куба (координационное число $Ca^{2+}$ равно 8). В свою очередь, каждый ион фтора ($F^-$) окружен четырьмя ионами кальция ($Ca^{2+}$), расположенными в вершинах тетраэдра (координационное число $F^-$ равно 4). Поэтому для $CaF_2$ описывают не пространственную структуру молекулы, а строение его кристаллической решетки.

Ответ: $CaF_2$ — ионное соединение, которое в твердом состоянии образует кристаллическую решетку типа флюорита, а не отдельные молекулы с определенной пространственной структурой.