Номер 88, страница 33 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

88. В какой молекуле, $O_2$ или $N_2$, связь более прочная и почему? Чем можно объяснить низкую реакционную способность молекулярного азота?

В какой молекуле, $O_2$ или $N_2$, связь более прочная и почему?

Прочность ковалентной связи в двухатомных молекулах зависит от ее кратности, то есть от числа электронных пар, связывающих атомы. Чем выше кратность связи, тем она прочнее и короче.

В молекуле кислорода ($O_2$) атомы кислорода связаны двойной ковалентной связью ($O=O$). Каждый атом кислорода, находясь в 16-й группе периодической системы, имеет 6 валентных электронов и для завершения электронной оболочки до октета образует две общие электронные пары. Кратность связи в $O_2$ равна 2.

В молекуле азота ($N_2$) атомы азота связаны тройной ковалентной связью ($N \equiv N$). Атом азота, элемент 15-й группы, имеет 5 валентных электронов и для достижения стабильного октета образует три общие электронные пары. Кратность связи в $N_2$ равна 3.

Поскольку тройная связь (кратность 3) прочнее двойной связи (кратность 2), связь в молекуле азота является более прочной. Это подтверждается энергиями диссоциации связей: для разрыва связи в $N_2$ требуется 945 кДж/моль, а в $O_2$ — 498 кДж/моль.

Ответ: Связь более прочная в молекуле азота $N_2$, так как в ней реализуется тройная связь, в то время как в молекуле кислорода $O_2$ связь двойная.

Чем можно объяснить низкую реакционную способность молекулярного азота?

Низкая реакционная способность, или химическая инертность, молекулярного азота ($N_2$) является прямым следствием чрезвычайно высокой прочности тройной связи ($N \equiv N$) между атомами в его молекуле.

Для того чтобы азот вступил в химическую реакцию, необходимо сначала разорвать эту очень прочную связь. Процесс разрыва связи требует очень больших затрат энергии, что соответствует высокой энергии активации для реакций с участием $N_2$.

Из-за этого высокого энергетического барьера молекулярный азот при обычных условиях (комнатная температура, нормальное давление) крайне неохотно вступает в химические взаимодействия. Реакции с его участием, как правило, требуют жестких условий: высоких температур (сотни градусов Цельсия), высокого давления и/или использования катализаторов, как, например, в промышленном синтезе аммиака по методу Габера-Боша.

Ответ: Низкая реакционная способность молекулярного азота объясняется наличием очень прочной и короткой тройной ковалентной связи, для разрыва которой требуется затратить большое количество энергии.