Номер 1, страница 201 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Каково электронное и пространственное строение молекулы аммиака?

Решение

Молекула аммиака имеет химическую формулу $NH_3$. Для определения ее электронного и пространственного строения необходимо рассмотреть электронные конфигурации составляющих ее атомов и принципы образования химических связей.

Электронное строение

1. Электронные конфигурации атомов. Центральным атомом в молекуле аммиака является атом азота ($N$). Его порядковый номер 7, электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^3$. На внешнем (валентном) уровне у азота 5 электронов: одна электронная пара на $2s$-подуровне и три неспаренных электрона на $2p$-подуровне. Атом водорода ($H$) имеет порядковый номер 1 и конфигурацию $1s^1$, то есть один валентный электрон.

2. Образование химических связей. Атом азота для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки (октета) образует три ковалентные связи с тремя атомами водорода. Каждая связь $N-H$ формируется за счет обобществления одного неспаренного $p$-электрона азота и одного $s$-электрона водорода (обменный механизм).

3. Гибридизация и неподеленная пара. После образования трех связей у атома азота остается пара $2s$-электронов, которая не участвует в образовании связей и называется неподеленной (или свободной) электронной парой. Таким образом, атом азота в молекуле аммиака окружен четырьмя электронными парами: тремя связывающими и одной неподеленной. Чтобы разместить эти четыре пары с минимальным взаимным отталкиванием, атомные орбитали азота подвергаются $sp^3$-гибридизации. Четыре гибридные $sp^3$-орбитали располагаются в пространстве, будучи направленными к вершинам тетраэдра.

4. Полярность связей. Азот является более электроотрицательным элементом (электроотрицательность по Полингу ≈3.04), чем водород (≈2.20). Поэтому общие электронные пары в связях $N-H$ смещены в сторону атома азота. Это приводит к тому, что связи $N-H$ являются полярными ковалентными. На атоме азота возникает частичный отрицательный заряд ($δ^-$), а на атомах водорода – частичные положительные заряды ($δ^+$).

Пространственное строение

Геометрия молекулы определяется взаимным расположением атомных ядер. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (метод Гиллеспи), электронные пары (и связывающие, и неподеленные) располагаются в пространстве так, чтобы находиться как можно дальше друг от друга. Для четырех электронных пар идеальной является тетраэдрическая геометрия.

Однако неподеленная электронная пара занимает больший объем и отталкивает связывающие пары сильнее, чем связывающие пары отталкиваются друг от друга. Вследствие этого влияния неподеленной пары, три связи $N-H$ сближаются. Валентный угол $H-N-H$ в молекуле аммиака составляет не $109.5°$, как в идеальном тетраэдре (например, в метане $CH_4$), а примерно $107.8°$.

Поскольку геометрия молекулы описывается положением атомов, а не электронных пар, молекула аммиака имеет форму тригональной (треугольной) пирамиды. Атом азота находится в вершине пирамиды, а три атома водорода лежат в ее основании.

Из-за асимметричного пирамидального строения и полярности связей $N-H$ дипольные моменты отдельных связей не компенсируют друг друга. В результате молекула аммиака в целом является полярной и обладает значительным дипольным моментом.

Ответ:

Молекула аммиака ($NH_3$) имеет следующее строение:

• Электронное строение: три полярные ковалентные связи $N-H$. Атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации, имеет три связывающие электронные пары и одну неподеленную электронную пару.
• Пространственное строение: форма тригональной пирамиды. Атом азота расположен в вершине пирамиды, атомы водорода — в основании. Валентный угол $H-N-H$ составляет около $107.8°$. Молекула является полярной.