Номер 423, страница 65 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

423. Составьте схему образования химических связей в молекуле сероводорода. $\sigma$- или $\pi$-связи образуются между атомами серы и водорода? Какое число неподелённых и связывающих электронных пар содержится в молекуле? Какую пространственную форму она имеет?

Решение

Составьте схему образования химических связей в молекуле сероводорода.

Для составления схемы образования химических связей в молекуле сероводорода ($H_2S$) рассмотрим электронное строение атомов водорода и серы.

Атом водорода ($H$) имеет порядковый номер 1, его электронная конфигурация — $1s^1$. На внешнем (и единственном) энергетическом уровне у него находится один неспаренный электрон.

Атом серы ($S$) имеет порядковый номер 16, его электронная конфигурация — $1s^22s^22p^63s^23p^4$. На внешнем, третьем энергетическом уровне у серы 6 валентных электронов. Электронно-графическая формула валентного слоя выглядит так: на $3s$-подуровне находится одна электронная пара, а на $3p$-подуровне — одна пара и два неспаренных электрона.

Именно эти два неспаренных $3p$-электрона атома серы участвуют в образовании двух ковалентных связей с двумя атомами водорода. Каждый атом водорода предоставляет свой $1s$-электрон. Связи образуются по обменному механизму за счёт обобществления электронных пар.

Схематически образование связей можно изобразить с помощью электронных формул (формул Льюиса):

$H \cdot + \cdot \ddot{S} \cdot + \cdot H \rightarrow H:\ddot{S}:H$

В результате образуются две ковалентные полярные связи $S-H$.

Ответ: Химические связи в молекуле $H_2S$ образуются за счёт спаривания двух неспаренных $3p$-электронов атома серы с $1s$-электронами двух атомов водорода. Схема: $H \cdot + \cdot \ddot{S} \cdot + \cdot H \rightarrow H:\ddot{S}:H$.

σ- или π-связи образуются между атомами серы и водорода?

Связь между атомом серы и каждым из атомов водорода образуется при перекрывании $1s$-орбитали атома водорода и $3p$-орбитали атома серы. Это перекрывание происходит вдоль линии, соединяющей ядра атомов. Такой тип осевого (прямого) перекрывания электронных облаков приводит к образованию сигма-связи ($\sigma$-связи). Двойные или тройные связи, необходимые для образования $\pi$-связей (бокового перекрывания $p$-орбиталей), в молекуле сероводорода отсутствуют. Таким образом, обе связи $S-H$ являются $\sigma$-связями.

Ответ: Между атомами серы и водорода образуются $\sigma$-связи.

Какое число неподелённых и связывающих электронных пар содержится в молекуле?

Анализируя электронную структуру молекулы $H_2S$ ($H:\ddot{S}:H$), можно определить число электронных пар.

Связывающие электронные пары — это общие электронные пары, формирующие химическую связь между атомами. В молекуле сероводорода две такие пары, образующие две связи $S-H$.

Неподелённые электронные пары (или lone pairs) — это пары валентных электронов, которые принадлежат одному атому и не участвуют в образовании связей. Атом серы имеет 6 валентных электронов. Два из них участвуют в связях с водородом, а остальные четыре ($6 - 2 = 4$) образуют две неподелённые электронные пары, расположенные на атоме серы.

Ответ: В молекуле сероводорода содержится 2 связывающие электронные пары и 2 неподелённые электронные пары.

Какую пространственную форму она имеет?

Пространственная форма молекулы определяется моделью отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR). Центральным атомом в молекуле $H_2S$ является сера. Вокруг атома серы находятся четыре электронные пары: две связывающие (с атомами водорода) и две неподелённые. Эти четыре области электронного отталкивания стремятся расположиться в пространстве так, чтобы расстояние между ними было максимальным, что соответствует тетраэдрической геометрии электронных пар.

Однако пространственная форма молекулы определяется положением атомных ядер. Так как две из четырех позиций в тетраэдре заняты неподелёнными парами, а две — атомами водорода, молекула приобретает угловую (или V-образную, согнутую) форму. Неподелённые пары отталкиваются сильнее, чем связывающие, что приводит к сжатию валентного угла $H-S-H$ по сравнению с идеальным тетраэдрическим углом ($109.5^\circ$). Для сероводорода этот угол составляет около $92.1^\circ$.

Ответ: Молекула сероводорода имеет угловую (или согнутую) пространственную форму.