Номер 86, страница 32 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

86. Составьте структурные формулы веществ: $HF$, $H_2O$, $NH_3$, $CH_4$. Укажите частичные заряды на атомах. Как изменяется полярность связи в приведенном ряду?

Решение

Для решения этой задачи необходимо определить тип химической связи, геометрию молекул и воспользоваться понятием электроотрицательности.

1. Структурные формулы и частичные заряды

Частичные заряды ($δ^+$ и $δ^−$) возникают в полярных ковалентных связях из-за смещения общей электронной пары к более электроотрицательному атому. В представленном ряду веществ водород ($H$) связан с элементами второго периода: фтором ($F$), кислородом ($O$), азотом ($N$) и углеродом ($C$).

HF (фтороводород): Атом фтора значительно более электроотрицателен, чем атом водорода. Электронная пара сильно смещена к фтору. На атоме фтора возникает частичный отрицательный заряд ($δ^−$), а на атоме водорода — частичный положительный заряд ($δ^+$).
Структурная формула: $H^{δ^+}—F^{δ^−}$

$H_2O$ (вода): Кислород более электроотрицателен, чем водород. Общие электронные пары в двух связях $O-H$ смещены к атому кислорода. В результате на атоме кислорода накапливается частичный отрицательный заряд, а на каждом из двух атомов водорода — частичный положительный.
Структурная формула (молекула имеет угловое строение):
$H^{δ^+}$
$|\\$
$O^{δ^−}$\\ $/$
$H^{δ^+}$

$NH_3$ (аммиак): Азот более электроотрицателен, чем водород. Электронные пары в трёх связях $N-H$ смещены к атому азота. На атоме азота возникает частичный отрицательный заряд, а на каждом из трёх атомов водорода — частичный положительный.
Структурная формула (молекула имеет форму тригональной пирамиды):
$\ \ \ \ \ \ H^{δ^+}$
$\ \ \ \ \ \ |$
$H^{δ^+}—N^{δ^−}—H^{δ^+}$

$CH_4$ (метан): Углерод незначительно более электроотрицателен, чем водород. Смещение электронных пар в связях $C-H$ невелико, но оно направлено к атому углерода. Поэтому на атоме углерода возникает небольшой частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — небольшой частичный положительный.
Структурная формула (молекула имеет тетраэдрическое строение):
$\ \ \ \ \ \ H^{δ^+}$
$\ \ \ \ \ \ |$
$H^{δ^+}—C^{δ^−}—H^{δ^+}$
$\ \ \ \ \ \ |$
$\ \ \ \ \ \ H^{δ^+}$

2. Изменение полярности связи в приведенном ряду

Полярность ковалентной связи определяется разностью электроотрицательностей ($ΔЭО$) атомов, образующих связь. Чем больше эта разность, тем полярнее связь.

Рассмотрим ряд центральных атомов: $F, O, N, C$. В этом ряду (вдоль периода периодической таблицы справа налево) электроотрицательность уменьшается: $ЭО(F) > ЭО(O) > ЭО(N) > ЭО(C)$.

Следовательно, разность электроотрицательностей между центральным атомом и водородом также будет уменьшаться в этом ряду:

$ΔЭО(H-F) > ΔЭО(H-O) > ΔЭО(H-N) > ΔЭО(H-C)$

Это означает, что полярность связи в ряду $HF \rightarrow H_2O \rightarrow NH_3 \rightarrow CH_4$ последовательно уменьшается. Связь $H-F$ является наиболее полярной, а связь $C-H$ — наименее полярной из представленных.

Ответ: Структурные формулы с указанием частичных зарядов: $H^{δ^+}—F^{δ^−}$; $H^{δ^+}—O^{δ^−}—H^{δ^+}$; $H^{δ^+}—N^{δ^−}(—H^{δ^+})_2$; $H^{δ^+}—C^{δ^−}(—H^{δ^+})_3$. Полярность связи в ряду $HF, H_2O, NH_3, CH_4$ уменьшается, так как уменьшается разность электроотрицательностей между атомом водорода и атомами $F, O, N, C$.