Номер 87, страница 33 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

87. Кроме аммиака $(NH_3)$, известны и другие соединения азота с водородом, одно из них называется гидразин. Молекулярная формула гидразина $N_2H_4$. Гидразин используется в качестве компонента ракетного топлива. Напишите структурную формулу гидразина. Укажите полярные и неполярные связи.

Напишите структурную формулу гидразина

Молекулярная формула гидразина — $N_2H_4$. Для построения структурной формулы необходимо учесть валентности входящих в состав атомов. Азот ($N$) является элементом 15-й группы (VA) и обычно проявляет валентность III, имея 5 валентных электронов. Водород ($H$) является элементом 1-й группы (IA) и имеет валентность I.

В молекуле гидразина два атома азота соединены между собой одинарной связью, образуя азотный "скелет" $N-N$. Каждый атом азота уже использовал одну валентность для связи с другим азотом. Для достижения валентности III каждому атому азота необходимо образовать еще по две связи. Четыре атома водорода равномерно распределяются между двумя атомами азота, по два на каждый. Таким образом, каждый атом азота оказывается связанным с одним атомом азота и двумя атомами водорода.

После образования трех ковалентных связей у каждого атома азота остается по одной неподеленной электронной паре. Структурная формула гидразина с указанием неподеленных электронных пар выглядит так:

$ \Large \begin{array}{ccc} \text{H} & & \text{H} \\ | & & | \\ \ddot{\text{N}} & - & \ddot{\text{N}} \\ | & & | \\ \text{H} & & \text{H} \end{array} $

Упрощенно структурную формулу можно записать как $H_2N-NH_2$.

Ответ: Структурная формула гидразина — $H_2N-NH_2$.

Укажите полярные и неполярные связи

Тип ковалентной связи определяется разностью электроотрицательностей ($\Delta\chi$) атомов, которые ее образуют. Если разность близка к нулю, связь считается неполярной. Если разность значительна, связь является полярной.

В молекуле гидразина ($N_2H_4$) есть два типа связей: $N-N$ и $N-H$.

Связь $N-N$ образована двумя одинаковыми атомами — атомами азота. Разность их электроотрицательностей равна нулю ($\Delta\chi = \chi(N) - \chi(N) = 0$). Электронная плотность в такой связи распределена симметрично между ядрами. Следовательно, связь $N-N$ является ковалентной неполярной.

Связь $N-H$ образована атомами с разной электроотрицательностью: азотом ($\chi(N) \approx 3.04$ по Полингу) и водородом ($\chi(H) \approx 2.20$ по Полингу). Разность электроотрицательностей составляет $\Delta\chi = 3.04 - 2.20 = 0.84$. Так как $\Delta\chi > 0$, общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому азота, на котором возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атоме водорода — частичный положительный заряд ($\delta+$). Следовательно, связь $N-H$ является ковалентной полярной. В молекуле гидразина четыре таких связи.

Ответ: В молекуле гидразина $N_2H_4$ связь $N-N$ является ковалентной неполярной, а четыре связи $N-H$ являются ковалентными полярными.