Номер 424, страница 65 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

424. Составьте схему образования химических связей в молекуле фосфина $PH_3$. $\sigma$- или $\pi$-связи образуются между атомами фосфора и водорода? Сколько неподелённых и связывающих электронных пар содержится в составе молекулы? Форму какой геометрической фигуры она имеет?

Составьте схему образования химических связей в молекуле фосфина PH₃.

Молекула фосфина ($PH_3$) состоит из одного атома фосфора (P) и трех атомов водорода (H). Образование химических связей в ней происходит по ковалентному механизму за счет обобществления электронов.

1.Атом фосфора (P) находится в 3-м периоде, V группе, главной подгруппе. Его порядковый номер 15. Электронная конфигурация атома фосфора: $P\ (+15)\ 1s^22s^22p^63s^23p^3$. На внешнем энергетическом уровне у фосфора находится 5 валентных электронов: два спаренных на 3s-подуровне и три неспаренных на 3p-подуровне. Именно эти три неспаренных p-электрона будут участвовать в образовании химических связей.

2.Атом водорода (H) находится в 1-м периоде, I группе, главной подгруппе. Его порядковый номер 1. Электронная конфигурация атома водорода: $H\ (+1)\ 1s^1$. На внешнем (и единственном) энергетическом уровне у водорода находится один неспаренный s-электрон.

3.Схема образования связей. Каждый из трех неспаренных 3p-электронов атома фосфора образует общую электронную пару с 1s-электроном одного из трех атомов водорода. В результате образуются три ковалентные полярные связи P–H.

Электронная схема (формула Льюиса) выглядит следующим образом:

$H \cdot + \cdot \ddot{P} \cdot + \cdot H + \cdot H \rightarrow H:\underset{\Large \cdot \cdot}{\overset{\Large \cdot \cdot}{P}}:H$

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ H$

Структурная формула, где черточками обозначены связывающие электронные пары, а точками — неподеленная электронная пара:

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ .. $

$H - P - H$

$\ \ \ \ \ \ \ | $

$\ \ \ \ \ \ H $

Атом фосфора, завершив свой внешний электронный слой до 8 электронов (октет), приобретает стабильную конфигурацию, а каждый атом водорода — до 2 электронов (дублет).

Ответ: Химические связи в молекуле фосфина ($PH_3$) образуются за счет спаривания трех неспаренных 3p-электронов атома фосфора с 1s-электронами трех атомов водорода, что приводит к формированию трех ковалентных полярных связей P–H.

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

Химическая связь образуется при перекрывании электронных орбиталей. Если перекрывание происходит вдоль линии, соединяющей центры атомов (осевое или лобовое перекрывание), образуется σ-связь (сигма-связь). Если перекрывание происходит по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов (боковое перекрывание), образуется π-связь (пи-связь).

В молекуле фосфина ($PH_3$) связь P–H образуется за счет перекрывания 3p-орбитали атома фосфора и 1s-орбитали атома водорода. s-орбиталь имеет сферическую форму, поэтому она может перекрываться с другой орбиталью только по одному типу — осевому. Такое перекрывание приводит к образованию σ-связи. Все одинарные связи являются σ-связями.

Ответ: Между атомами фосфора и водорода образуются три σ-связи.

Сколько неподелённых и связывающих электронных пар содержится в составе молекулы?

Для определения числа электронных пар рассмотрим валентные электроны.

• Связывающие электронные пары — это пары электронов, которые являются общими для двух атомов и образуют ковалентную связь. В молекуле $PH_3$ существуют три одинарные связи P–H. Каждая связь представляет собой одну электронную пару. Следовательно, в молекуле 3 связывающие электронные пары.
• Неподелённые электронные пары (lone pairs) — это пары валентных электронов, принадлежащие одному атому и не участвующие в образовании связи. Атом фосфора имеет 5 валентных электронов. Три из них участвуют в образовании трех связей с водородом. Оставшиеся два электрона ($3s^2$) образуют одну неподеленную электронную пару на атоме фосфора.

Всего в валентной оболочке центрального атома фосфора находится $3+1=4$ электронные пары.

Ответ: В составе молекулы фосфина содержится 3 связывающие электронные пары и 1 неподеленная электронная пара.

Форму какой геометрической фигуры она имеет?

Геометрическая форма молекулы определяется взаимным отталкиванием электронных пар валентной оболочки центрального атома (согласно теории Гиллеспи, или VSEPR).

Центральный атом фосфора окружен четырьмя электронными парами: тремя связывающими (с атомами H) и одной неподеленной. Эти четыре пары располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать отталкивание, стремясь к вершинам тетраэдра.

Однако при определении геометрии молекулы учитывается только расположение атомов, а не неподеленных пар. Таким образом, три атома водорода и атом фосфора образуют фигуру, в основании которой лежит треугольник (из атомов H), а вершиной является атом фосфора. Такая форма называется тригональной (или треугольной) пирамидой.

Неподеленная электронная пара отталкивается от связывающих пар сильнее, чем связывающие пары друг от друга, поэтому валентный угол H–P–H (около $93.5^\circ$) меньше идеального тетраэдрического угла ($109.5^\circ$).

Ответ: Молекула фосфина имеет форму тригональной пирамиды.