Номер 383, страница 59 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

383. Какое число ковалентных связей могут образовывать атомы бора, кремния, углерода, азота, фосфора, серы, кислорода, фтора, брома?

Число ковалентных связей, которое может образовывать атом, определяется его электронной конфигурацией, в частности, числом неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне, а также возможностью распаривания электронов (перехода в возбужденное состояние) и образования связей по донорно-акцепторному механизму.

Бор

Атом бора (B) является элементом 13-й группы (III-A) и 2-го периода. Его электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^1$. В основном состоянии у бора один неспаренный электрон, но для образования связей атом переходит в возбужденное состояние с конфигурацией $2s^12p^2$, в котором у него три неспаренных электрона. Это позволяет бору образовывать три ковалентные связи (например, в молекуле $BCl_3$). Кроме того, на внешнем уровне у бора остается одна вакантная p-орбиталь, на которую он может принять пару электронов от другого атома (донора), образуя четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму. Примером может служить ион тетрафторбората $[BF_4]^-$.

Ответ: 3 или 4.

Кремний

Атом кремния (Si) — элемент 14-й группы (IV-A), 3-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $3s^23p^2$. Подобно углероду, в возбужденном состоянии ($3s^13p^3$) он имеет четыре неспаренных электрона и обычно образует четыре ковалентные связи (например, в $SiH_4$). Однако, в отличие от углерода, у кремния на третьем энергетическом уровне есть вакантные d-орбитали. Это позволяет ему расширять свой октет и образовывать больше четырех связей, например, шесть ковалентных связей в ионе гексафторосиликата $[SiF_6]^{2-}$.

Ответ: 4 или 6.

Углерод

Атом углерода (C) — элемент 14-й группы (IV-A), 2-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^2$. В подавляющем большинстве соединений углерод образует четыре ковалентные связи. Это достигается за счет перехода атома в возбужденное состояние ($2s^12p^3$), в котором он имеет четыре неспаренных электрона (например, в метане $CH_4$). В редких случаях, например в молекуле угарного газа ($CO$), углерод может образовывать две ковалентные связи.

Ответ: 2 или 4.

Азот

Атом азота (N) — элемент 15-й группы (V-A), 2-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^3$. В основном состоянии атом имеет три неспаренных электрона, что позволяет ему образовывать три ковалентные связи (например, в аммиаке $NH_3$). Также у азота есть неподеленная пара электронов ($2s^2$), которую он может предоставить для образования четвертой ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму (например, в ионе аммония $NH_4^+$). Из-за отсутствия d-подуровня на втором энергетическом уровне азот не может иметь валентность V. Азот также может образовывать 1 или 2 связи (например, в оксидах $N_2O$, $NO$).

Ответ: 1, 2, 3 или 4.

Фосфор

Атом фосфора (P) — элемент 15-й группы (V-A), 3-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $3s^23p^3$. Подобно азоту, он может образовывать три ковалентные связи за счет трех неспаренных электронов (например, в $PH_3$). Но, в отличие от азота, фосфор имеет вакантные d-орбитали. Это позволяет атому переходить в возбужденное состояние ($3s^13p^33d^1$), где у него появляется пять неспаренных электронов, и образовывать пять ковалентных связей (например, в $PCl_5$). Также возможно образование шести связей, например, в комплексном ионе $[PCl_6]^-$.

Ответ: 3, 5 или 6.

Сера

Атом серы (S) — элемент 16-й группы (VI-A), 3-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $3s^23p^4$. В основном состоянии у серы два неспаренных электрона, и она образует две ковалентные связи (например, в $H_2S$). Наличие вакантных d-орбиталей позволяет атому серы переходить в возбужденные состояния. В первом возбужденном состоянии ($3s^23p^33d^1$) сера имеет четыре неспаренных электрона и образует четыре связи (например, в $SF_4$). Во втором возбужденном состоянии ($3s^13p^33d^2$) сера имеет шесть неспаренных электронов и образует шесть связей (например, в $SF_6$).

Ответ: 2, 4 или 6.

Кислород

Атом кислорода (O) — элемент 16-й группы (VI-A), 2-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^4$. В основном состоянии атом имеет два неспаренных электрона, поэтому он обычно образует две ковалентные связи (например, в воде $H_2O$). Как и у других элементов 2-го периода, у кислорода нет d-орбиталей, поэтому расширение октета невозможно. Однако, за счет одной из двух неподеленных электронных пар, кислород может образовать третью связь по донорно-акцепторному механизму, например, в ионе гидроксония $H_3O^+$. В гидроксид-ионе ($OH^-$) кислород образует одну связь.

Ответ: 1, 2 или 3.

Фтор

Атом фтора (F) — элемент 17-й группы (VII-A), 2-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^5$. Атом фтора имеет один неспаренный электрон. Являясь самым электроотрицательным элементом, фтор во всех своих соединениях образует только одну ковалентную связь. Распаривание электронов для него невозможно из-за отсутствия d-подуровня.

Ответ: 1.

Бром

Атом брома (Br) — элемент 17-й группы (VII-A), 4-го периода. Электронная конфигурация внешнего слоя — $4s^24p^5$. В основном состоянии имеет один неспаренный электрон и образует одну ковалентную связь (например, в $HBr$). Наличие вакантных d-орбиталей на четвертом энергетическом уровне позволяет атому брома переходить в возбужденные состояния за счет распаривания электронов p-подуровня. Это приводит к возможности образования трех ($BrF_3$), пяти ($BrF_5$) и семи (в ионе пербромата $BrO_4^-$) ковалентных связей.

Ответ: 1, 3, 5 или 7.