Химическая связь, гибридизация и строение вещества
Определяем тип гибридизации и геометрию молекулы по числу сигма-связей и предсказываем свойства вещества по типу кристаллической решётки.
Задания 4 и 5 ЕГЭ проверяют тип связи, гибридизацию и тип кристаллической решётки. Все три вопроса решаются одним приёмом: посчитать сигма-связи и неподелённые пары у центрального атома, а затем перейти к геометрии и свойствам.
Одинарная связь — одна σ-связь. Двойная связь — одна σ и одна π. Тройная связь — одна σ и две π. В гибридизации участвуют только σ-связи и неподелённые электронные пары; π-связи образуются негибридными p-орбиталями и на тип гибридизации не влияют. Донорно-акцепторный механизм даёт обычную ковалентную связь: в ионе NH4 + все четыре связи равноценны.
Гибридизация, геометрия, примеры
| Тип | σ-связи + неподелённые пары | Геометрия | Примеры |
|---|---|---|---|
| sp | 2 | линейная, 180° | CO2, C2H2, BeH2 |
| sp² | 3 | плоская треугольная, 120° | C2H4, C6H6, BF3, SO3 |
| sp³ | 4 | тетраэдр, 109,5° | CH4, NH4+, CCl4, алмаз |
| sp³ с 1 парой | 3 связи + 1 пара | тригональная пирамида, 107° | NH3, PH3 |
| sp³ с 2 парами | 2 связи + 2 пары | угловая, 104,5° | H2O, H2S |
Молекулярная решётка (I2, CO2 тв., лёд, органика) — низкие температуры плавления и кипения, летучесть. Атомная (алмаз, кремний, SiO2, карборунд) — очень тугоплавкие, твёрдые, нерастворимые. Ионная (NaCl, K2SO4, щёлочи) — тугоплавкие, хрупкие, проводят ток в расплаве и растворе. Металлическая (все металлы) — ковкость, тепло- и электропроводность, металлический блеск.
- ·В узлах молекулы, между ними слабые межмолекулярные силы
- ·Низкие t(пл) и t(кип), многие летучи
- ·Не проводят электрический ток
- ·I2, S8, P4, CO2, H2O, сахар, органические вещества
- ·В узлах атомы, соединённые ковалентными связями
- ·Очень высокие t(пл), большая твёрдость
- ·Нерастворимы, ток не проводят (кроме графита)
- ·Алмаз, графит, Si, SiO2, SiC, B, красный фосфор
Образуется, когда водород связан с F, O или N. Она резко повышает температуры кипения и плавления и растворимость в воде: H2O кипит при 100 °C, а H2S — при −60 °C; спирты кипят намного выше алканов той же массы. Водородная связь есть у воды, спиртов, фенолов, карбоновых кислот, аммиака, аминов, HF, белков и нуклеиновых кислот. У альдегидов и простых эфиров между молекулами её нет.
Условие: выберите вещества с sp²-гибридизацией центрального атома: SO3, CH4, C2H2, C6H6, NH3. Решение. SO3 — сера образует три σ-связи с кислородом, неподелённых пар нет, значит sp², молекула плоская. CH4 — четыре σ-связи, sp³. C2H2 — у каждого углерода две σ-связи (C–H и C–C), значит sp, молекула линейная. C6H6 — каждый углерод даёт три σ-связи (две C–C и одну C–H), значит sp², кольцо плоское. NH3 — три σ-связи плюс одна неподелённая пара, всего четыре области, sp³, пирамида. Ответ: SO3 и C6H6.
Главная ошибка — считать π-связи при определении гибридизации: в SO3 или в карбонильной группе двойная связь не увеличивает число гибридных орбиталей. Вторая — забыть неподелённые пары: у азота в NH3 и у кислорода в H2O гибридизация sp³, хотя σ-связей всего три и две. Третья — приравнивать «полярную связь» и «полярную молекулу»: в CO2 связи полярны, но молекула линейная и симметричная, поэтому неполярна. Четвёртая — приписывать водородную связь ацетону или диэтиловому эфиру.
- ✓Посчитаны только σ-связи плюс неподелённые пары центрального атома
- ✓π-связи в подсчёт гибридизации не включены
- ✓Геометрия названа с учётом неподелённых пар
- ✓Тип решётки определён по типу частиц в узлах, а не по внешнему виду
- ✓Водородная связь приписана только веществам с O–H, N–H или H–F