Условие задачи

Составьте схему образования химической связи в молекуле аммиака.

Решение

Ниже приведён подробный ход рассуждений и схема образования химической связи в молекуле аммиака (NH₃) с использованием правил теории химических связей и гибридизации орбиталей.

1. Электронные конфигурации атомов
• Атом азота имеет электронную конфигурацию:
1s² 2s² 2p³
Это даёт пять валентных электронов (из них два в 2s и три в 2p).
• Каждый атом водорода имеет один электрон в орбитали 1s:
1s¹

2. Гибридизация атома азота
Для образования молекулы NH₃ атом азота проходит sp³-гибридизацию. При этом смешиваются одна 2s-орбиталь и три 2p-орбитали, что приводит к образованию четырёх одинаковых sp³-орбиталей, направленных к вершинам правильного тетраэдра.
Из этих четырёх орбиталей три используются для образования связей с атомами водорода, а одна остаётся с неподелённой парой электронов.

3. Образование σ-связей
Каждая sp³-орбиталь атома азота, предназначенная для связывания, перекрывается с 1s-орбиталью соответствующего атома водорода. Такое перекрытие приводит к образованию сигма-связей (σ-связей). При этом в каждой связи участвуют по одному электрону: один из атома H и один из атома N (из sp³-орбитали).
Таким образом формируются три равнозначные сигма-связи NH.

4. Итоговая структурная схема
Получается молекула аммиака, в которой центральный атом азота имеет трёхвалентное связывание через σ-связи с атомами водорода и одну неподеленную электронную пару, расположенную на четвёртой sp³-орбитали.
Пространственно молекула имеет форму пирамиды с основанием, образованным атомами водорода, а угол между связями составляет примерно 107° (из-за свободной пары, которая увеличивает взаимное отталкивание).

5. Схематическое изображение образования связи

Старт:
Атом N (эл. конфигурация: 1s² 2s² 2p³)
↓ sp³-гибридизация
N (sp³):
– Одна орбиталь содержит неподелённую пару
– Три орбитали направлены к атомам H
↓ перекрытие с орбиталями атомов водорода
Каждый атом H (1s¹) → перекрывается с одной из sp³-орбиталей N
↓
Образование трёх σ-связей:
N – H
N – H
N – H

Таким образом, схема образования связи выглядит так:

H (1s)
|
H (1s) — N (sp³) — H (1s)
|
неподелённая пара

Здесь важно отметить:
– sp³-орбитали атома азота ориентированы по направлению к вершинам тетраэдра,
– перекрытие орбиталей происходит по принципу наилучшего волнового совпадения, что приводит к прочным σ-связям.

Итак, образование химической связи в NH₃ происходит за счёт sp³-гибридизации атома азота, последующего перекрытия полученных трёх сигма-орбиталей с 1s-орбиталями атомов водорода и образования трёх равнозначных σ-связей, а также наличия неподелённой пары на атоме азота, которая определяет геометрию и магнитные свойства молекулы.