Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Сборник вопросов и задач по Периодическому закону

Таланов В. М., Житный Г. М.,

2.1 Химическая связь

2.1. Энергия диссоциации двухатомных гомонуклеарных молекул Э₂ и длины связей в них для элементов второго перииода имеют следующие значения:

 Молекула                                       Be₂       В₂       С₂       N₂        О₂       F₂            Nе₂

Энергия диссоциации,

кДж/моль                                          0         274     602     941      493      155        0

Длина связи, нм                               -       0,160   0,120  0,110   0,120   0,140       -

На основании метода молекулярных орбиталей объясните изменение прочности связи в молекуле по периоду, а также изменение длины связей.

2.2. Экспериментально установлено, что элементы второго периода образуют намного более прочные p-связи, чем элементы других периодов.

Предложите возможное объяснение этого экспериментального факта,

2.3. Степень ионности связи А-В приближенно характеризуется следующим эмпирическим соотношением:

степень ионности, % = 16(Х_А-Х_Б) + 3,5(Х_А-Х_Б)², где X_а и X_б соответственно электроотрицательности элементов А и Б.

а) Пользуясь табл. 5 прил. вычислите степень ионности связей в гидридах и фторидах элементов второго периода. Дайте объяснение полученным результатам.

б) То же - для гидридов и фторидов s и  р-элементов, принадлежащих к одной и. той же группе.

2.4. Правило числа соседей Юм-Розери, связывающее состав молекул элементов с их положением в Периодической системе, гласит: число соседей у атома неметалла в молекуле равно разности (8 - N), где N - номер группы в системе. Под «соседями» подразумеваются соседние атомы, с которыми может быть связан любой атом молекулы ординарными ковалентными связями. На основании этого правила ответьте на следующие вопросы:

а) Почему молекулы инертных газов одноатомны?

б) Почему молекулы галогенов двухатомны?

в) Почему молекула фосфора имеет пирамидальное строение?

г) Почему многоатомные молекулы серы имеют кольцеобразное строение?

2.5. Согласно модели локализованных электронных пар (метод Гиллеспи), все дигалогениды s-элементов второй группы должны быть линейными. Между тем примерно половина этих соединений имеют нелинейную конфигурацию, что отражено в табл. 8.

Таблица 8

Здесь: л-линейная молекула; н-нелинейная молекула (угловая).

а) Какие возможные причины отклонения от модели локализованных электронных пар Вы могли бы указать?

б) Как и почему влияет величина орбитальных радиусов катиона и аниона на геометрию молекул на примере дигалогенидов s-элементов второй группы?

2.6. Вероятность гибридизации определяется по меньшей мере двумя факторами: 1) энергетической близостью гибридизирующихся орбиталей; 2) энергетическим эффектом образования гибридных связей.

а) Расчетным путем оцените значение первого фактора. Для этого найдите разность между потенциалом ионизации последнего р - электрона и первого s-электрона для различных  р - элементов.

б) На основании проведенного расчета подтвердите или опровергните утверждение о том, что в пределах каждого пе­риода вероятность sp-гибридизации быстро уменьшается с увеличением атомного номера; с увеличением же номера пе­риода она увеличивается.

в) Энергетический эффект образования связи в первом, грубом приближении можно считать пропорциональным си­ловым характеристикам атомов (Υ_а) или ионов(g_к), представляющим собой следующие соотношения:

Υ_а=F/r_a, Υ_к = I_n/r_n+,

где r_a - орбитальный радиус атома; r_n+ - орбитальный радиус иона с зарядом n; F - сродство к электрону атома;I_n - n-й потенциал ионизации атома; Υ_а, - силовая характеристика атома;  Υ_k- силовая характеристика катиона.

На основании приведенных формул, энергетический эф­фект образования связи должен расти с увеличением атомного номера в пределах периода и уменьшаться с увеличением номера периода.

Проверьте и это утверждение расчетом.

г) Два указанных фактора имеют противоположные зна­ки. Какова их относительная роль в образовании линейных молекул MCl₂, где М - двухзарядные ионы Be, Mg, Sr, Ba?

2.7. Как известно, простые вещества - хотя и достаточно условно - делятся на металлы и неметаллы. Характерной чертой металлов является наличие в них металлической связи, в то время как неметаллы представляют собой вещества, структурные единицы которых связаны между собой преимущественно ковалентной связью. Переходными свойствами обладают так называемые полуметаллы. Граница между металлами и неметаллами более четко проявляется на диаграммax зависимостей обратных орбитальных радиусов от атомного номера, а также энергии сродства к электрону от орбитальных радиусов.

а) Постройте обе указанные диаграммы. Прямыми линиями разбейте совокупность полученных точек на два поля, одно из которых принадлежит металлам, а другое - неметаллам. Где находятся точки, принадлежащие мышьяку, сурьме, висмуту, теллуру, полонию - элементам, которые можно отнести к полуметаллам? К металлам или неметаллам следует отнести астат?

б) Примечательно, что из всех известных элементов лишь два оказываются на первой диаграмме не на своем поле - бериллий и магний,- которые, образуя простые металлические вещества,  попадают в поле неметаллов. Случайно ли это? На второй диаграмме в поле неметаллов попадает также пал­ладий, для которого, по-видимому, неверно найден орбитальный радиус.