Номер 9, страница 83 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

9. Нарисуйте схему перекрывания атомных $1s$- и $3p$-орбиталей в молекуле $H_2X$, если относительная плотность этого газообразного соединения по водороду $D_{H_2}$ равна 17.

Дано:

Соединение: $H_2X$

Относительная плотность по водороду: $D_{H_2} = 17$

Тип перекрывания орбиталей: $1s$-орбиталь атома водорода (H) и $3p$-орбиталь атома X.

Найти:

Нарисовать схему перекрывания атомных орбиталей в молекуле $H_2X$.

Решение:

1. Определение неизвестного элемента X.

Относительная плотность газа по водороду ($D_{H_2}$) связана с молярной массой газа ($M(H_2X)$) и молярной массой водорода ($M(H_2)$) следующим соотношением:

$D_{H_2} = \frac{M(H_2X)}{M(H_2)}$

Молярная масса молекулярного водорода $M(H_2)$ составляет приблизительно 2 г/моль.

Найдем молярную массу соединения $H_2X$:

$M(H_2X) = D_{H_2} \cdot M(H_2) = 17 \cdot 2 = 34$ г/моль.

Молярная масса молекулы $H_2X$ складывается из атомных масс двух атомов водорода и одного атома элемента X. Принимая относительную атомную массу водорода $A_r(H) \approx 1$, найдем относительную атомную массу элемента X:

$A_r(X) = M(H_2X) - 2 \cdot A_r(H) = 34 - 2 \cdot 1 = 32$.

Элемент с относительной атомной массой 32 в периодической таблице Д.И. Менделеева — это сера (S). Следовательно, формула искомого соединения — $H_2S$ (сероводород).

2. Электронное строение и образование химических связей.

Атом водорода (H) имеет электронную конфигурацию $1s^1$. На его единственной сферической 1s-орбитали находится один неспаренный электрон.

Атом серы (S) является элементом №16, расположен в 3-м периоде и VIA группе. Его полная электронная конфигурация — $1s^22s^22p^63s^23p^4$. На внешнем (валентном) 3-м энергетическом уровне находятся 6 электронов. Электронно-графическая формула валентного слоя серы показывает, что на $3p$-подуровне есть два неспаренных электрона, каждый из которых занимает отдельную $p$-орбиталь (например, $3p_y$ и $3p_z$). Эти $p$-орбитали имеют форму объемной восьмерки (гантели) и расположены в пространстве перпендикулярно друг другу (под углом 90°).

Образование молекулы сероводорода ($H_2S$) происходит за счет осевого перекрывания $1s$-орбиталей двух атомов водорода с двумя $3p$-орбиталями атома серы. В результате образуются две ковалентные полярные $\sigma$-связи (сигма-связи).

Поскольку $3p$-орбитали серы взаимно перпендикулярны, валентный угол H–S–H в молекуле $H_2S$ должен быть близок к 90°. Экспериментально измеренный угол составляет 92.1°, что хорошо согласуется с данной моделью образования связей без участия гибридизации. Молекула имеет угловую (V-образную) форму.

3. Схема перекрывания атомных орбиталей в молекуле $H_2S$.

На схеме показан атом серы (S) в центре. Две его взаимно перпендикулярные $3p$-орбитали (желтые) перекрываются с $1s$-орбиталями (голубые) двух атомов водорода (H). Области перекрывания образуют две $\sigma$-связи.

Ответ:

Искомое газообразное соединение — сероводород, $H_2S$. Схема образования связей в его молекуле, основанная на перекрывании $1s$-орбиталей двух атомов водорода и двух $3p$-орбиталей атома серы, представлена на рисунке выше. В молекуле образуются две $\sigma$-связи, а сама молекула имеет угловую форму с валентным углом, близким к 90°.