Номер 5, страница 83 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

5. Объясните, почему и как меняется длина связи между атомами в ряду:

а) углерода: $H_3C-CH_3$, $H_2C=CH_2$, $HC \equiv CH$;

б) азота: $N \equiv N$, $H_2N-NH_2$.

а) углерода: H₃C—CH₃, H₂C=CH₂, HC≡CH;

Длина химической связи между атомами напрямую зависит от ее кратности, то есть от количества электронных пар, которые связывают атомы. Чем больше общих электронных пар (выше кратность связи), тем сильнее притяжение между ядрами атомов и этими электронами. Это усиленное притяжение стягивает атомы ближе друг к другу, что приводит к уменьшению длины связи.

Рассмотрим представленный ряд соединений углерода:

В молекуле этана ($H_3C-CH_3$) атомы углерода соединены одинарной связью (C-C). Эта связь образована одной парой электронов (одна $\sigma$-связь). Тип гибридизации атомов углерода — $sp^3$.

В молекуле этена ($H_2C=CH_2$) атомы углерода соединены двойной связью (C=C). Она состоит из двух электронных пар (одна $\sigma$- и одна $\pi$-связь). Тип гибридизации — $sp^2$.

В молекуле этина ($HC \equiv CH$) атомы углерода соединены тройной связью (C≡C). Она образована тремя электронными парами (одна $\sigma$- и две $\pi$-связи). Тип гибридизации — $sp$.

При переходе от этана к этену и затем к этину кратность связи C-C увеличивается с 1 до 2, а затем до 3. С ростом кратности увеличивается электронная плотность в межъядерном пространстве, что вызывает более сильное стягивание атомов углерода. В результате длина связи последовательно уменьшается.

Длина связи в ряду изменяется следующим образом:

C-C (этан) > C=C (этен) > C≡C (этин)

Приблизительные значения длин связей: $d(C-C) \approx 154$ пм, $d(C=C) \approx 134$ пм, $d(C \equiv C) \approx 120$ пм.

Ответ: В ряду этан ($H_3C-CH_3$) → этен ($H_2C=CH_2$) → этин ($HC \equiv CH$) кратность связи между атомами углерода увеличивается с одинарной до тройной. Увеличение числа связывающих электронных пар между атомами приводит к их более сильному взаимному притяжению и, как следствие, к последовательному уменьшению длины связи.

б) азота: N≡N, H₂N—NH₂;

Аналогично связям между атомами углерода, длина связи между атомами азота также определяется ее кратностью. Чем выше кратность связи, тем она короче и прочнее.

Сравним два представленных соединения азота:

В молекуле азота ($N \equiv N$) атомы связаны тройной связью. Она очень прочная и короткая, так как три пары электронов сильно стягивают два ядра азота.

В молекуле гидразина ($H_2N-NH_2$) атомы азота связаны одинарной связью (N-N). Эта связь образована всего одной электронной парой, поэтому притяжение между ядрами слабее, а расстояние между ними — больше.

Таким образом, тройная связь в молекулярном азоте значительно короче, чем одинарная связь в гидразине.

Приблизительные значения длин связей: $d(N-N) \approx 147$ пм, $d(N \equiv N) \approx 110$ пм.

Ответ: В ряду $N \equiv N$ и $H_2N-NH_2$ длина связи между атомами азота меняется в зависимости от кратности связи. В молекуле азота ($N \equiv N$) связь тройная, а в гидразине ($H_2N-NH_2$) — одинарная. Тройная связь значительно короче одинарной, поскольку три пары связывающих электронов стягивают ядра атомов азота намного сильнее, чем одна пара.