Определение геометрической структуры молекул и типа гибридизации атомов

Видео:Гибридизация - смысл. Разбор 10 молекул:CH4, NH3, H2O, C2H4, BCl3, SO2, SO3, BeCl2, CO2, C2H2.Скачать

Геометрическая конфигурация молекул BF₃ и NF₃

Задача 265. 

Одинакова ли геометрическая конфигурация молекул BF₃ и NF₃: а) одинакова; б) различна?

Потому что: 1) ковалентность центрального атома в обеих молекулах одинакова; 2) одна из молекул полярна, а другая нет.
Решение:
а) В молекуле BF₃ валентный электронный слой атома бора содержит три пары электронов:

Поэтому электронные облака атома бора будут максимально удалены друг от друга при  sp2-гибридизации, когда их оси расположены в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 120⁰, т.е. в направлениях к вершинам правильного треугольника. При этом дипольные моменты связей B—F взаимно компенсируют друг друга, так что суммарный дипольный момент молекулы будет равен нулю. Это можно представить схемой:

В молекуле NF₃ валентный электронный слой атома азота содержит четыре пары электронов:

Поэтому электронные облака атома азота будут максимально удалены друг от друга при  sp³-гибридизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При образовании молекулы NF₃ атомы фтора занимают только три вершины тетраэдра, а к четвёртой – направлено электронное облако неподелённой пары электронов атома азота. Это можно представить следующей схемой:

Образовавшаяся фигура – тригональная пирамида с атомом азота в её вершине и тремя атомами фтора в вершинах её основания. Дипольный момент молекулы NF₃ не равен нулю, потому что не происходит компенсации дипольных моментов отдельных связей N—F. 

Таким образом, геометрическая конфигурация молекул BF₃ и NF₃ не одинакова, потому что одна из молекул полярна, а другая нет. 

Ответ: б)2.

Видео:Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул. 10 класс.Скачать

Определение дипольного момента молекул BF₃ и NН₃

Задача 266. 
В какой молекуле BF₃ или NН₃ значение дипольного момента больше: а) в BF₃ б) в NН₃; в) дипольные моменты равны?
Потому что: 1) разность электроотрицательностей атомов в молекуле  BF₃ больше, чем в молекуле NН₃; 2) молекула BF₃ имеет плоское строение, а молекула NН₃ — пирамидальное; З) у атома азота есть неподеленная пара электронов, а у атома бора свободная (вакантная) валентная орбиталь.   
Решение:
а) В молекуле BF₃ валентный электронный слой атома бора содержит три пары электронов:

Поэтому электронные облака атома бора будут максимально удалены друг от друга при  sp²-гибридизации, когда их оси расположены в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 120⁰, т.е. в направлениях к вершинам правильного треугольника. При этом дипольные моменты связей B—F взаимно компенсируют друг друга, так что суммарный дипольный момент молекулы будет равен нулю. Это можно представить схемой:

б) В молекуле NН₃ валентный электронный слой атома азота содержит четыре пары электронов:

Поэтому электронные облака атома азота будут максимально удалены друг от друга при  sp³-гибридизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При образовании молекулы NН₃ атомы водорода занимают только три вершины тетраэдра, а к четвёртой – направлено электронное облако неподелённой (вакантной) пары электронов атома азота. Это можно представить следующей схемой:

Образовавшаяся фигура – тригональная пирамида с атомом азота в её вершине и тремя атомами фтора в вершинах её основания. Дипольный момент молекулы NF₃ больше нуля, потому что не происходит компенсации дипольных моментов отдельных связей N—F. 

Таким образом, дипольный момент молекулы NН₃ больше, чем в молекуле BF_3, потому что молекула BF₃ имеет плоское строение, а молекула NН₃ — пирамидальное.

Ответ: б)2.

Гибридизация атомных орбиталей атома углерода

Задача 267. 
Указать тип гибридизации АО углерода в молекуле диоксида углерода: а) sр-; б) sр²— в) sр³— г) нет гибридизации.
Потому что: 1) все валентные электроны атома углерода принимают участие в образовании связей; 2) атом углерода имеет два неспаренных электрона на 2р-орбиталях; З) молекула СО₂ имеет линейное строение.
Решение:
В молекуле СО₂ валентный электронный слой атома углерода содержит четыре пары электронов:

Электронные облака атома углерода будут максимально удалены друг от друга в случае sp-гибридизации, когда их оси направлены друг относительно друга в противоположных направлениях. При таком типе гибридизации молекула СО₂ будет иметь линейное строение, в которой sp-гибридные орбитали образуют — связи с атомом углерода и двумя атомами кислорода и — связи с p-орбиталями атома углерода и двух атомов кислорода. 

Таким образом, линейное строение молекулы СО₂ объясняется тем, что атом углерода в состоянии sp-гибридизации, и гибридные облака при этом располагаются друг относительно друга по одной оси и ориентированы в противоположных направлениях. Поэтому молекула СО₂ имеет линейное строение, в которой каждый атом кислорода соединён с атомом углерода двойной связью, одна из которых — связь, образованная за счёт sp-гибридной орбитали атома углерода и p-орбиталью атома кислорода, а вторая — -с вязь, образованная за счёт перекрывания  p-орбиталей атомов кислорода и углерода.

Ответ: 3.