Номер 339, страница 54 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

339. Отметьте верные варианты ответа. В молекуле фторида бора(III):

а) три ковалентные связи;

б) две ковалентные связи:

в) две связи образованы по обменному механизму, а одна — по донорно-акцепторному;

г) одна связь образована по обменному механизму, две — по донорно-акцепторному;

д) все три ковалентные связи имеют одинаковые характеристики.

Решение

Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать строение и тип химических связей в молекуле фторида бора(III) ($BF_3$).

1.Электронное строение атомов.

Атом бора (B) расположен в 13-й группе периодической системы, его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^1$. На внешнем энергетическом уровне у бора 3 валентных электрона.

Атом фтора (F) — в 17-й группе, его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^5$. На внешнем уровне у фтора 7 валентных электронов.

2.Образование σ-связей.

Для образования трех связей с атомами фтора атом бора переходит в возбужденное состояние ($1s^2 2s^1 2p^2$). Затем одна $s$- и две $p$-орбитали атома бора подвергаются $sp^2$-гибридизации. В результате образуются три одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом $120^\circ$ друг к другу. Каждая из этих орбиталей содержит один неспаренный электрон.

Каждый из трех атомов фтора предоставляет по одному неспаренному $p$-электрону. Путем перекрывания $sp^2$-гибридных орбиталей бора и $p$-орбиталей трех атомов фтора образуются три ковалентные σ-связи B-F. Эти связи образуются по обменному механизму, так как каждый атом предоставляет по одному электрону для создания общей электронной пары.

3.Донорно-акцепторное взаимодействие и резонанс.

После образования трех σ-связей у атома бора на валентной оболочке оказывается 6 электронов (незавершенный октет) и остается одна вакантная (пустая) $p$-орбиталь, перпендикулярная плоскости молекулы. У каждого атома фтора, в свою очередь, есть три неподеленные электронные пары на $p$-орбиталях.

Одна из неподеленных электронных пар фтора может быть передана на вакантную $p$-орбиталь бора, образуя дополнительную π-связь по донорно-акцепторному механизму. В этом взаимодействии фтор выступает донором, а бор — акцептором.

Так как в молекуле три идентичных атома фтора, это донорно-акцепторное взаимодействие происходит одновременно со всеми тремя атомами. Возникает эффект резонанса: π-электронная плотность равномерно распределяется (делокализуется) между всеми тремя связями B-F.

4.Характеристики связей.

В результате резонанса все три связи B-F в молекуле становятся абсолютно одинаковыми. Они имеют одинаковую длину (короче, чем у одинарной связи) и одинаковую энергию. Молекула $BF_3$ имеет форму правильного (плоского) треугольника.

На основе этого анализа рассмотрим предложенные варианты.

а) три ковалентные связи;

В молекуле $BF_3$ атом бора образует по одной связи с каждым из трех атомов фтора. Эти связи являются ковалентными. Следовательно, в молекуле три ковалентные связи. Утверждение верно.

Ответ: верно.

б) две ковалентные связи;

Поскольку атом бора соединен с тремя атомами фтора, в молекуле образуется три, а не две ковалентные связи. Утверждение неверно.

Ответ: неверно.

в) две связи образованы по обменному механизму, а одна — по донорно-акцепторному;

Все три основные σ-связи образуются по обменному механизму. Донорно-акцепторный механизм вносит вклад в образование делокализованной π-связи, усиливая все три связи B-F, а не формируя одну отдельную связь. Поэтому нельзя утверждать, что одна из связей образована исключительно по донорно-акцепторному механизму. Утверждение неверно.

Ответ: неверно.

г) одна связь образована по обменному механизму, две — по донорно-акцепторному;

Это утверждение также неверно. Как и в предыдущем пункте, оно неправильно описывает распределение механизмов образования связей в молекуле. Утверждение неверно.

Ответ: неверно.

д) все три ковалентные связи имеют одинаковые характеристики.

Благодаря $sp^2$-гибридизации атома бора и явлению резонанса (делокализации π-связи), все три связи B-F в молекуле $BF_3$ эквивалентны. Экспериментальные данные подтверждают, что они имеют одинаковую длину и энергию. Утверждение верно.

Ответ: верно.