Номер 1190, страница 185 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1100. Чему равен валентный угол связи $O-C-O$ в молекуле углекислого газа?

Решение

Молекула углекислого газа имеет химическую формулу $CO_2$. Чтобы определить валентный угол связи $O—C—O$, необходимо рассмотреть пространственное строение этой молекулы. Строение молекулы можно предсказать с помощью модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR) или теории гибридизации атомных орбиталей.

Центральным атомом в молекуле является атом углерода (C), так как он менее электроотрицателен, чем кислород. Атом углерода находится в 14-й группе периодической системы и имеет 4 валентных электрона. Атом кислорода (O) находится в 16-й группе и имеет 6 валентных электронов.

В молекуле $CO_2$ атом углерода образует две двойные связи с двумя атомами кислорода. Структурная формула выглядит следующим образом: $O=C=O$.

Согласно теории VSEPR, форма молекулы определяется количеством электронных пар (как связывающих, так и неподеленных) вокруг центрального атома. В молекуле $CO_2$ вокруг центрального атома углерода находятся две области повышенной электронной плотности — это две двойные связи. Важно, что на центральном атоме углерода нет неподеленных (свободных) электронных пар.

Две области электронной плотности будут располагаться в пространстве так, чтобы отталкивание между ними было минимальным. Максимальное удаление двух областей друг от друга достигается при их расположении на одной прямой по разные стороны от центрального атома. Такое расположение соответствует линейной геометрии молекулы.

Альтернативно, можно рассмотреть тип гибридизации центрального атома. Атом углерода образует две $\sigma$-связи (по одной в каждой двойной связи) и две $\pi$-связи. Для образования двух $\sigma$-связей атом углерода вступает в $sp$-гибридизацию (одна $s$- и одна $p$-орбиталь смешиваются, образуя две гибридные $sp$-орбитали). Эти две гибридные орбитали располагаются под углом $180^\circ$ друг к другу, что также приводит к линейной форме молекулы.

Таким образом, все три атома в молекуле углекислого газа (O, C, O) лежат на одной прямой. Угол, образованный связями $O—C$ и $C—O$, является развернутым.

Ответ: Валентный угол связи $O—C—O$ в молекуле углекислого газа равен $180^\circ$.