Номер 970, страница 156 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

970. Какое число $\sigma$- и $\pi$-связей образует атом серы в молекуле серной кислоты?

Дано:

Молекула серной кислоты, химическая формула которой $H_2SO_4$.

Найти:

Число σ- (сигма) и π- (пи) связей, которые образует центральный атом серы (S) в данной молекуле.

Решение:

1. Для определения числа и типа связей необходимо построить структурную формулу (формулу Льюиса) молекулы серной кислоты. Центральным атомом в молекуле $H_2SO_4$ является атом серы (S), так как он наименее электроотрицательный (не считая водород) и способен образовывать наибольшее число связей.

2. Атом серы находится в 16-й группе (VI-A) периодической системы и имеет 6 валентных электронов. Атом кислорода также имеет 6 валентных электронов, а атом водорода — 1.

3. Наиболее устойчивая структурная формула для серной кислоты — та, в которой формальные заряды на атомах минимизированы. Это достигается за счет того, что атом серы, находящийся в третьем периоде, может иметь расширенную валентную оболочку (больше 8 электронов). Структурная формула выглядит следующим образом:

 O ||H—O—S—O—H || O 

В этой структуре атом серы связан с двумя атомами кислорода двойными связями и с двумя гидроксильными группами (-OH) одинарными связями.

4. Теперь посчитаем количество σ- и π-связей, образованных атомом серы:

• Каждая одинарная связь является одной σ-связью.
• Каждая двойная связь состоит из одной σ-связи и одной π-связи.

Атом серы (S) образует:

• Две одинарные связи с атомами кислорода в группах -OH (S-O). Каждая из них — это σ-связь. Итого: 2 σ-связи.
• Две двойные связи с двумя другими атомами кислорода (S=O). Каждая двойная связь состоит из одной σ-связи и одной π-связи. Итого: 2 σ-связи и 2 π-связи.

5. Суммируем общее количество связей для атома серы:

• Общее число σ-связей = $2$ (от S-O) $+ 2$ (от S=O) $= 4$.
• Общее число π-связей = $2$ (от S=O).

Центральный атом серы находится в состоянии $sp^3$-гибридизации, образуя 4 σ-связи с четырьмя атомами кислорода, которые располагаются по вершинам тетраэдра. Две π-связи образуются за счет перекрывания d-орбиталей серы с p-орбиталями двух атомов кислорода.

Ответ: атом серы в молекуле серной кислоты образует 4 σ-связи и 2 π-связи.