Номер 1004, страница 161 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1004. Какое максимальное число ковалентных связей может образовать атом азота? Сколько из них образуется по обменному, а сколько — по донорно-акцепторному механизму?

Решение

Атом азота ($N$) находится во втором периоде, V группе, главной подгруппе периодической системы элементов. Его порядковый номер — 7. Электронная конфигурация атома азота в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^3$.

На внешнем (валентном) энергетическом уровне (n=2) у атома азота имеется 5 электронов: два на $2s$-орбитали (образуют неподеленную электронную пару) и три неспаренных электрона на трех $2p$-орбиталях.

Ковалентная связь может образовываться по двум основным механизмам:

1.Обменный механизм: каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону для образования общей электронной пары. Атом азота имеет 3 неспаренных электрона, поэтому по обменному механизму он может образовать три ковалентные связи. Примером может служить молекула аммиака ($NH_3$), где атом азота образует три связи с атомами водорода.

2.Донорно-акцепторный механизм: один атом (донор) предоставляет свою неподеленную электронную пару, а другой атом (акцептор) — свободную орбиталь для этой пары. Атом азота имеет одну неподеленную электронную пару на $2s$-орбитали, поэтому он может выступить донором и образовать одну ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму.

Таким образом, максимальное число ковалентных связей, которое может образовать атом азота, равно сумме связей, образованных по обоим механизмам. Это число ограничено количеством валентных орбиталей, которое для элементов 2-го периода равно четырем (одна $s$- и три $p$-орбитали).

Максимальное число связей = 3 (по обменному механизму) + 1 (по донорно-акцепторному механизму) = 4.

Ярким примером является образование иона аммония ($NH_4^+$) из молекулы аммиака ($NH_3$) и иона водорода ($H^+$). В молекуле аммиака уже есть три связи $N-H$, образованные по обменному механизму. Атом азота предоставляет свою неподеленную пару иону водорода (у которого есть свободная $1s$-орбиталь), образуя четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму. В результате в ионе аммония все четыре связи $N-H$ становятся равноценными.

Ответ: максимальное число ковалентных связей, которое может образовать атом азота, равно четырем. Из них три связи образуются по обменному механизму и одна — по донорно-акцепторному.