Условие задачи
Учитывая значения электроотрицательностей элементов (см. табл. 18), составьте химические формулы и укажите сдвиг общих электронных пар в соединениях: а) лития с азотом; б) кислорода с фтором; в) углерода с серой; г) углерода с алюминием.
Решение
Ниже приведён детальный разбор задачи, относящейся к разделу химии – именно к построению химических формул соединений и анализу поляризации химических связей на основе разницы электроотрицательностей элементов.
─────────────────────────────
1. Исходные соображения
При составлении химических формул необходимо учитывать валентности элементов и их склонность к образованию ионов или к ковалентным связям, а при определении сдвига общих электронных пар – сравнивать электроотрицательности элементов в паре. Электроотрицательность показывает, к какой степени атом притягивает общую электронную пару. Если разница электроотрицательностей значительна, общая электронная пара сдвигается в сторону более электроотрицательного атома.
Примерные значения электроотрицательностей (согласно условной таблице, см. табл. 18):
– Литий (Li) ≈ 0,98
– Алюминий (Al) ≈ 1,61
– Углерод (C) ≈ 2,55
– Сера (S) ≈ 2,58
– Азот (N) ≈ 3,04
– Кислород (O) ≈ 3,44
– Фтор (F) ≈ 3,98
─────────────────────────────
2. Решение по пунктам
А) Литий с азотом
• Химическая формула
Литий – металл, азот – неметалл. При реагировании лития с азотом образуется нитрид лития. Согласно соотношению зарядов, нитридный ион N³– требует трёх Li⁺, поэтому формула:
Li₃N
• Сдвиг общих электронных пар
Электроотрицательность: Li (≈ 0,98) и N (≈ 3,04). Разница в большой степени говорит о том, что общая электронная пара (в данном случае в ионной связи) сдвигается к атому азота. То есть, электронная плотность смещена в сторону азота.
─────────────────────────────
Б) Кислород с фтором
• Химическая формула
Из элементов кислород и фтор можно получить соединение кислород дифторид, которое по обычной номенклатуре записывается как OF₂. (Альтернативно иногда указывают формулу F₂O – она равнозначна).
• Сдвиг общих электронных пар
Электроотрицательности: O (≈ 3,44) и F (≈ 3,98). Поэтому в связях O–F общая электронная пара смещается в сторону фтора – более электроотрицательного атома.
─────────────────────────────
В) Углерод с серой
• Химическая формула
Наиболее известное соединение углерода с серой – углерод дисульфид, обозначаемый как CS₂. (Приводя пример, отметим, что углерод может ещё образовывать и другие соединения с серой, но CS₂ наиболее характерен.)
• Сдвиг общих электронных пар
Электроотрицательности: C (≈ 2,55) и S (≈ 2,58). Разница очень мала (≈ 0,03), что указывает на практически равномерное распределение электронной плотности в связях. Если и наблюдается сдвиг, то он незначителен и происходит в сторону серы, так как S чуть более электроотрицателен, но эффект можно считать почти нейтральным.
─────────────────────────────
Г) Углерод с алюминием
• Химическая формула
Химически устойчивым соединением алюмния с углеродом является карбид алюминия, который имеет формулу Al₄C₃. (Данное соединение характеризуется сложной структурой, но стехиометрия соответствует указанной формуле.)
• Сдвиг общих электронных пар
Электроотрицательности: Al (≈ 1,61) и C (≈ 2,55). Значительная разница указывает на сдвиг электронной плотности от алюминия к углероду. Таким образом, общая электронная пара в связях сдвигается в сторону атомов углерода.
─────────────────────────────
3. Итоговый ответ
а) Литий с азотом
Формула: Li₃N
Электронная пара смещена от лития (Li) к азоту (N).
б) Кислород с фтором
Формула: OF₂
Электронная пара смещена от кислорода (O) к фтору (F).
в) Углерод с серой
Формула: CS₂
Электронная пара практически равномерно распределена, с незначительным сдвигом в сторону серы (S) (разница электроотрицательностей незначительна).
г) Углерод с алюминием
Формула: Al₄C₃
Электронная пара смещена от алюминия (Al) к углероду (C).
Таким образом, используя правила химической стехиометрии и понятие электроотрицательности, получаем указанные формулы и направления сдвига общих электронных пар в соответствующих соединениях.