Номер 2, страница 43 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 9. Пространственное строение молекул. Глава II. Строение вещества - номер 2, страница 43.

Условие.

2* Что общего у молекул метана, амияка и воды и чем они различаются по строению?

Решение.

Решение 2.

Общее в строении молекул метана, аммиака и воды

Несмотря на разные центральные атомы, молекулы метана ($CH_4$), аммиака ($NH_3$) и воды ($H_2O$) имеют несколько фундаментальных общих черт в своем строении.

1. Тип химической связи. Во всех трех молекулах атомы соединены ковалентными полярными связями. Полярность возникает из-за разницы в электроотрицательности между центральным атомом (C, N, O) и атомом водорода (H). Электроотрицательность растет в ряду C < N < O, поэтому полярность связи увеличивается от C-H к O-H.

2. Гибридизация центрального атома. Центральные атомы во всех трех молекулах находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что одна s- и три p-орбитали центрального атома смешиваются, образуя четыре одинаковые гибридные орбитали. Эти орбитали располагаются в пространстве под углами, близкими к $109.5^\circ$, то есть направлены к вершинам тетраэдра. Это определяет общую электронную геометрию молекул.

3. Общая электронная геометрия. Вследствие $sp^3$-гибридизации, общее расположение электронных пар (как связывающих, так и неподеленных) вокруг центрального атома во всех трех случаях является тетраэдрическим.

Ответ: Общими чертами в строении молекул метана, аммиака и воды являются наличие ковалентных полярных связей, $sp^3$-гибридизация центрального атома и, как следствие, тетраэдрическое расположение электронных пар вокруг него.

Различия в строении молекул метана, аммиака и воды

Ключевое различие между этими молекулами заключается в количестве валентных электронов у центрального атома и, как следствие, в наличии и числе неподеленных (одиночных) электронных пар. Это напрямую влияет на реальную геометрию молекулы (форму), валентные углы и полярность.

1. Метан ($CH_4$)
- Центральный атом: Углерод (C) имеет 4 валентных электрона.
- Электронные пары: Все 4 электрона образуют четыре связывающие электронные пары с четырьмя атомами водорода. Неподеленных электронных пар нет (4 связывающие, 0 неподеленных).
- Геометрия молекулы: Из-за отсутствия неподеленных пар, отталкивание между всеми электронными парами одинаково. Молекула имеет идеальную тетраэдрическую форму.
- Валентный угол: Угол H-C-H составляет $109.5^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула неполярная. Хотя связи C-H слабо полярны, из-за высокой симметрии молекулы их дипольные моменты взаимно компенсируются.

2. Аммиак ($NH_3$)
- Центральный атом: Азот (N) имеет 5 валентных электронов.
- Электронные пары: Три электрона образуют три связывающие пары с атомами водорода, а оставшиеся два электрона составляют одну неподеленную электронную пару (3 связывающие, 1 неподеленная).
- Геометрия молекулы: Неподеленная пара занимает больше пространства и отталкивает связывающие пары сильнее, чем они отталкиваются друг от друга. В результате геометрия молекулы — тригональная пирамида.
- Валентный угол: Угол H-N-H сжимается до $107.3^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула полярная. Из-за асимметричной формы и наличия неподеленной пары дипольные моменты связей не компенсируются, и молекула имеет суммарный дипольный момент.

3. Вода ($H_2O$)
- Центральный атом: Кислород (O) имеет 6 валентных электронов.
- Электронные пары: Два электрона образуют две связывающие пары с атомами водорода, а оставшиеся четыре электрона составляют две неподеленные электронные пары (2 связывающие, 2 неподеленные).
- Геометрия молекулы: Две неподеленные пары оказывают еще более сильное отталкивающее действие на связывающие пары, придавая молекуле угловую (или изогнутую) форму.
- Валентный угол: Угол H-O-H еще меньше и составляет $104.5^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула сильно полярная. Связи O-H очень полярны, а угловая форма приводит к большому суммарному дипольному моменту.

Ответ: Молекулы метана, аммиака и воды различаются центральным атомом (C, N, O), числом неподеленных электронных пар у него (соответственно 0, 1 и 2), что определяет их разную пространственную геометрию (тетраэдр, тригональная пирамида, угловая), валентные углы ($109.5^\circ$, $107.3^\circ$, $104.5^\circ$) и полярность (метан — неполярный, аммиак и вода — полярные).