Условие задачи
Составьте электронные схемы, отражающие валентность азота в азотной кислоте и валентность углерода и кислорода в оксиде углерода (II).
Решение
Ниже представлено подробное решение задачи по дисциплине «Химия» (точнее, построение Льюисовских (электронных) схем соединений с отражением валентности атомов).
──────────────────────────────
1. Азотная кислота (HNO₃)
Общие сведения:
• Атом водорода (H) имеет 1 валентный электрон.
• Атом азота (N) – 5 валентных электронов.
• Каждый атом кислорода (O) – 6 валентных электронов.
Таким образом, общее число валентных электронов равно 1 + 5 + 3×6 = 24.
Распределение атомов в молекуле:
• Согласно правилу, центральным атомом (исключая H) является тот, у которого меньшее значение электроотрицательности – здесь это азот (N).
• Азот соединён с тремя атомами кислорода, при этом один из кислородов связан с водородом (образуя –OH группу).
Классическая схема Льюиса для HNO₃ выглядит следующим образом (учтены резонансные варианты):
.. ..
:O: :O:
│ │
H–O–N═O
..
(формальные заряды: на атоме N – +, на одном из атомов O – –)
Пояснения:
1) Азот, имеющий 5 валентных электронов, образует одну двойную связь с одним из кислородов и две одинарные связи с двумя другими кислородами.
2) Одна из одинарных связей ведёт к группе –OH, где кислород, связанный с водородом, имеет незадействованную неподеленную электронную пару.
3) Для соблюдения правила октета в атоме азота распределяются электроны так, что на нём остаётся «дефицит» электронов; это компенсируется формальными зарядами (азот получает +, а один из кислородов – –). Таким образом, валентность азота (как способность образовывать связи, используя свои 5 электронов) отражается в схеме.
──────────────────────────────
2. Оксид углерода (II) (CO)
Общие сведения:
• Атом углерода (C) имеет 4 валентных электрона.
• Атом кислорода (O) – 6 валентных электронов.
Общее число валентных электронов: 4 + 6 = 10.
Построение схемы Льюиса:
Для CO наиболее стабильной считается схема с тройной связью между углеродом и кислородом.
Основные элементы схемы:
• Между атомами C и O проведена тройная связь (обозначается символом «≡» – означает, что задействовано 6 электронов).
• Оставшиеся 4 электрона распределяются в виде по одной неподелённой паре (по 2 электрона) на каждом атоме.
Схема выглядит следующим образом:
:C≡O:
.. ..
Здесь:
– Символ «≡» обозначает тройную связь.
– Двоеточия (:) и две точки (..) – неподелённые (внешние) электронные пары.
Формальные заряды (расчёт):
• Для атома углерода:
Формальный заряд = 4 – (количество непарных электрона + ½ число связанных электронов)
= 4 – (2 + ½·6) = 4 – (2 + 3) = –1.
• Для атома кислорода:
Формальный заряд = 6 – (2 + ½·6) = 6 – (2 + 3) = +1.
Таким образом, приобретённая поляризация (C с формальным зарядом –1, O с формальным зарядом +1) отражает особенности валентности этих атомов в молекуле CO: углерод, обладая 4 валентными электронами, образует тройную связь и имеет одну неподеленную пару, а кислород с 6 валентными электронами – аналогично.
──────────────────────────────
Вывод:
• В азотной кислоте (HNO₃) азот (N) использует свои 5 валентных электронов для образования одной двойной и двух одинарных связей с кислородами (один из которых соединён с водородом). При этом соблюдение правила октета достигается за счет распределения электронов с резонансным перераспределением и возникающими формальными зарядами (N – положительный, один из O – отрицательный).
• В оксиде углерода (CO) атом углерода (C, 4 э–) и кислорода (O, 6 э–) соединяются тройной связью, оставляя по одной неподелённой паре на каждом атоме. Эта электронная схема наглядно демонстрирует валентность углерода и кислорода в данном соединении.
Таким образом, электронные схемы (Льюисовские структуры) полностью отражают валентность азота в азотной кислоте, а также углерода и кислорода в оксиде углерода (II).