Условие задачи
Определите тип химической связи и запишите схему ее образования для веществ с формулами: а) S2, K2O, H2S; б) N2, Li3N, Cl3N
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по химии (органическая структура не рассматривается – здесь речь идёт о природе межатомных связей, то есть о классическом понимании ковалентных и ионных связей).
─────────────────────────────
Часть а)
─────────────────────────────
1. S₂
• Атомы серы имеют по 6 валентных электронов. При образовании двуатомной молекулы S₂ два атома делят между собой часть своих электронов, то есть происходит перекрытие p‑орбиталей.
• В молекуле S₂ связь носит ковалентный характер. Согласно современной молекулярной орбитальной теории, у S₂ наблюдается связь с порядком около 2 (двойная связь), хотя в обычных условиях сера существует преимущественно в виде циклических S₈; молекула S₂ обнаруживается при высокотемпературном испарении.
• Схематически можно записать образование ковалентной связи так:
S∙ + ∙S → S═S
(два атома S, у каждого имеется по одному неспаренному электрону, перекрываются с образованием общей электронной пары).
─────────────────────────────
2. K₂O
• Атом калия имеет один валентный электрон (электроструктура [Ar]4s¹) и легко его отдает, превращаясь в положительный ион K⁺.
• Атом кислорода (с 6 валентными электронами) принимает два электрона, образуя анион O²⁻.
• В веществе K₂O происходит полная передача электронов – это классический пример образования ионной связи, где положительные ионы K⁺ и анион O²⁻ удерживаются друг за друга электростатическим притяжением.
• Схематическая запись образования связи:
2K → 2K⁺ + 2e⁻
O + 2e⁻ → O²⁻
2K⁺ + O²⁻ → K₂O
─────────────────────────────
3. H₂S
• Атом серы, имеющий 6 валентных электронов, при образовании молекулы H₂S использует две свои неспаренные пары (или пару и свободные орбитали) для образования связей с двумя атомами водорода.
• Атом водорода имеет по одному электронным; при образовании ковалентной связи электрон водорода делится с серой, образуя общую электронную пару.
• Так как электроотрицательность серы (примерно 2,5–2,6) несколько больше, чем у водорода (около 2,1), связи являются полярными ковалентными.
• Схема образования связи:
S + 2H∙ → H—S—H
(каждая связь образована обменом одного электрона атома H и одного электрона атома S)
─────────────────────────────
Часть б)
─────────────────────────────
1. N₂
• Каждый атом азота имеет по 5 валентных электронов. Для достижения октета два атома N делятся тремя парами электронов, что приводит к образованию тройной связи.
• Таким образом, молекула N₂ обладает очень прочной ковалентной связью (N≡N).
• Схема образования:
N∙ + ∙N → N≡N
(два атома N объединяются, разделяя три общих пары электронов)
─────────────────────────────
2. Li₃N
• Атом лития имеет один валентный электрон и легко отдаёт его, превращаясь в K⁺-подобный катион Li⁺.
• Атом азота, имеющий 5 валентных электронов, принимает три электрона, превращаясь в ион N³⁻ (нитрид).
• Образование Li₃N – классический пример ионного соединения, где 3Li⁺ притягиваются к N³⁻.
• Схема образования:
3Li → 3Li⁺ + 3e⁻
N + 3e⁻ → N³⁻
3Li⁺ + N³⁻ → Li₃N
─────────────────────────────
3. Cl₃N (обычно обозначается как NCl₃)
• Данное соединение – азот трихлорид – образуется в результате ковалентного взаимодействия атома азота с тремя атомами хлора.
• Атом азота (электроотрицательность ≈3,0) находится в центральной позиции, а три атома хлора (электроотрицательность ≈3,16) соединяются с ним посредством ковалентных связей.
• Из-за небольшой разницы в электроотрицательности связи могут быть полярными, но характер связи остаётся ковалентным.
• Схематическая запись образования связи:
N∙ + 3Cl∙ → NCl₃
(центр – атом N, он делится по одному электрону с каждым из трёх атомов Cl, образуя три ковалентные связи; возможна также вспомогательная запись с показанием непарной пары на N)
─────────────────────────────
Вывод по дисциплине:
Данная задача относится к теме «Типы химических связей» из раздела общей химии (атомная теория, строение вещества). Для каждого вещества определяются главные механизмы образования химической связи (ковалентное разделение электронов или полное перенесение электронов – ионная связь) с соответствующими схемами.
─────────────────────────────
Итог:
а)
– S₂: ковалентная связь (образование посредством перекрытия p‑орбиталей: S∙ + ∙S → S═S).
– K₂O: ионная связь (отдача электрона атомом K, прием O электронов: 2K → 2K⁺; O + 2e⁻ → O²⁻; последующее электростатическое притяжение 2K⁺ + O²⁻ → K₂O).
– H₂S: полярные ковалентные связи (формирование связи между S и H: S + 2H∙ → H—S—H).
б)
– N₂: ковалентная связь с тройным объединением (N∙ + ∙N → N≡N).
– Li₃N: ионная связь (отдача электрона литиями и образование N³⁻: 3Li → 3Li⁺; N + 3e⁻ → N³⁻; 3Li⁺ + N³⁻ → Li₃N).
– Cl₃N (NCl₃): ковалентные связи (соединение центрального атома N с тремя атомами Cl: N∙ + 3Cl∙ → NCl₃).
Таким образом, для каждого указанного вещества установлена природа химической связи и приведена схема её образования.