Номер 971, страница 156 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

971. В молекуле серной кислоты атом серы связан с четырьмя атомами кислорода. Качественно сравните межатомные расстояния сера — кислород в этой молекуле. Какие из них больше и почему?

Решение

Для качественного сравнения межатомных расстояний сера — кислород в молекуле серной кислоты ($H_2SO_4$) необходимо рассмотреть ее структурную формулу и типы химических связей.

В молекуле серной кислоты центральный атом серы (S) образует связи с четырьмя атомами кислорода (O). При этом строение молекулы несимметрично относительно всех атомов кислорода. Два атома кислорода связаны с атомом серы и с атомами водорода, образуя гидроксильные группы (-OH). Эти связи являются одинарными ковалентными связями (S-O). Два других атома кислорода связаны только с атомом серы, и эти связи являются двойными ковалентными связями (S=O).

Таким образом, в молекуле серной кислоты можно выделить два типа связей сера-кислород:

• Две одинарные связи S-O.
• Две двойные связи S=O.

Длина химической связи напрямую зависит от ее кратности. Кратность связи — это количество электронных пар, осуществляющих связь между двумя атомами. Чем выше кратность связи, тем больше электронная плотность между ядрами атомов. Это приводит к более сильному взаимному притяжению ядер и, как следствие, к уменьшению межатомного расстояния.

Связь S=O является двойной (кратность 2), а связь S-O в гидроксильной группе — одинарной (кратность 1). Согласно общему правилу, двойная связь короче и прочнее одинарной связи между одними и теми же атомами.

Следовательно, межатомное расстояние в одинарной связи S-O больше, чем в двойной связи S=O. Экспериментальные данные подтверждают это: длина связи S-O составляет примерно 157 пм, а длина связи S=O — примерно 143 пм.

Ответ: В молекуле серной кислоты межатомные расстояния между серой и кислородами, входящими в состав гидроксильных групп (-OH), больше, чем расстояния между серой и двумя другими атомами кислорода. Это объясняется тем, что связь S-OH является одинарной, а связь S=O — двойной. Двойная связь короче одинарной из-за большей плотности электронов между атомами, что усиливает их взаимное притяжение и уменьшает расстояние между их ядрами.