Номер 933, страница 151 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

933. Какие атомные орбитали перекрываются при образовании химических связей в молекуле $H_2S$? Какое число неподелённых и связывающих электронных пар в этой молекуле? Какую форму в пространстве имеет молекула сероводорода и чему равен угол между связями $H-S-H$?

Решение

Для ответа на поставленные вопросы проанализируем строение атомов водорода и серы, а также структуру молекулы сероводорода $H_2S$.

Какие атомные орбитали перекрываются при образовании химических связей в молекуле H₂S?

Атом водорода (H) имеет порядковый номер 1, его электронная конфигурация — $1s^1$. На его единственной сферической $s$-орбитали находится один неспаренный электрон.

Атом серы (S) имеет порядковый номер 16. Электронная конфигурация его внешнего (валентного) энергетического уровня — $3s^23p^4$. Графически это можно представить так: на $3s$-орбитали находится электронная пара, а на трех $3p$-орбиталях — одна пара электронов и два неспаренных электрона ($3p_x^2 3p_y^1 3p_z^1$). Эти две $p$-орбитали с неспаренными электронами взаимно перпендикулярны.

Химические связи в молекуле сероводорода образуются за счет перекрывания атомных орбиталей с неспаренными электронами. Две ковалентные полярные связи S—H образуются при перекрывании $1s$-орбитали каждого из двух атомов водорода с двумя $3p$-орбиталями атома серы, на которых находятся неспаренные электроны. Тип образующихся связей — $\sigma$-связи (сигма-связи).

Ответ: При образовании химических связей в молекуле $H_2S$ перекрываются $1s$-орбитали двух атомов водорода и две $3p$-орбитали атома серы.

Какое число неподелённых и связывающих электронных пар в этой молекуле?

Связывающие электронные пары — это пары электронов, которые являются общими для двух атомов и образуют химическую связь. В молекуле $H_2S$ две одинарные связи S—H, следовательно, в ней имеются две связывающие электронные пары.

Неподелённые (или неподеленные) электронные пары — это валентные электроны, которые принадлежат одному атому и не участвуют в образовании связи. У центрального атома серы (конфигурация валентного слоя $3s^23p^4$) 6 валентных электронов. Два из них участвуют в образовании двух связей с водородом. Оставшиеся $6 - 2 = 4$ электрона образуют две неподелённые электронные пары. Они располагаются на $3s$- и одной из $3p$-орбиталей атома серы.

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

Какую форму в пространстве имеет молекула сероводорода и чему равен угол между связями H—S—H?

Пространственная форма молекулы определяется согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (метод Гиллеспи, VSEPR). Вокруг центрального атома серы находятся четыре электронные пары: две связывающие (с атомами H) и две неподелённые. Эти четыре области электронной плотности стремятся расположиться в пространстве так, чтобы отталкивание между ними было минимальным, что соответствует тетраэдрическому расположению электронных пар.

Однако форма молекулы определяется положением ядер атомов, а не электронных пар. Поскольку две вершины тетраэдра заняты неподелёнными парами, атомы в молекуле $H_2S$ (один атом S и два атома H) образуют угловую (или изогнутую, V-образную) геометрию.

Неподелённые электронные пары создают более сильное отталкивание, чем связывающие. Это приводит к тому, что угол между связями H—S—H сжимается и становится меньше идеального тетраэдрического угла ($109.5^\circ$). Экспериментально установлено, что валентный угол в молекуле сероводорода составляет приблизительно $92.1^\circ$. Такое значение близко к $90^\circ$ — углу между p-орбиталями, что указывает на то, что гибридизация атомных орбиталей серы в данной молекуле выражена слабо.

Ответ: Молекула сероводорода имеет угловую (изогнутую) форму, а угол между связями H—S—H равен $92.1^\circ$.