Номер 1, страница 181 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

1. В чем состоит различие между одинарными и кратными ковалентными связями?

Различие между одинарными и кратными ковалентными связями заключается в количестве обобществленных электронных пар, что, в свою очередь, определяет ряд фундаментальных характеристик связи: ее состав, длину, прочность и влияние на геометрию молекулы.

Количество общих электронных пар и состав связи

Основное различие заключается в числе электронных пар, связывающих два атома.

• Одинарная связь образуется одной общей парой электронов. Она всегда является сигма-связью ($\sigma$-связью), которая формируется при перекрывании электронных облаков вдоль оси, соединяющей ядра атомов. Пример: связь H–H в молекуле водорода ($H_2$) или C–H в метане ($CH_4$).
• Кратные связи образуются двумя (двойная связь) или тремя (тройная связь) общими электронными парами. Любая кратная связь состоит из одной $\sigma$-связи и одной или двух пи-связей ($\pi$-связей). $\pi$-связи образуются в результате бокового перекрывания p-орбиталей.
  • Двойная связь состоит из одной $\sigma$- и одной $\pi$-связи. Пример: связь O=O в кислороде ($O_2$), C=C в этилене ($C_2H_4$).
  • Тройная связь состоит из одной $\sigma$- и двух $\pi$-связей. Пример: связь N≡N в азоте ($N_2$), C≡C в ацетилене ($C_2H_2$).

Длина и энергия связи

Кратность связи напрямую влияет на ее физические параметры.

• Длина связи: С увеличением кратности связи атомы притягиваются друг к другу сильнее, поэтому расстояние между их ядрами (длина связи) уменьшается.
  Длина одинарной связи > Длина двойной связи > Длина тройной связи.
  Например, для углерод-углеродных связей: C–C (~154 пм), C=C (~134 пм), C≡C (~120 пм).
• Энергия (прочность) связи: Чем больше общих электронов связывает атомы, тем больше энергии требуется для разрыва связи. Поэтому прочность связи растет с увеличением ее кратности.
  Энергия тройной связи > Энергия двойной связи > Энергия одинарной связи.
  Например, для углерод-углеродных связей: E(C–C) ≈ 348 кДж/моль, E(C=C) ≈ 614 кДж/моль, E(C≡C) ≈ 839 кДж/моль.

Пространственное строение и химическая активность

• Вращение вокруг связи: Вокруг одинарной ($\sigma$-) связи возможно свободное вращение атомов. Вращение вокруг кратных связей невозможно без разрыва $\pi$-связи, что приводит к жесткой структуре молекулы в этой части и возможности существования геометрических (цис-транс) изомеров.
• Химическая активность: Несмотря на большую общую прочность, кратные связи более реакционноспособны в реакциях присоединения. Это объясняется тем, что $\pi$-связи слабее $\sigma$-связей, а их электроны более доступны для атаки реагентами.

Ответ: Основное различие между одинарными и кратными ковалентными связями состоит в количестве общих электронных пар: одна пара у одинарной связи, две или три — у кратной. Это определяет состав связи (одинарная — это одна $\sigma$-связь; кратные состоят из одной $\sigma$- и одной или двух $\pi$-связей), её физические характеристики (с ростом кратности уменьшается длина, но увеличивается прочность) и химические свойства (кратные связи более реакционноспособны в реакциях присоединения, а вращение вокруг них затруднено).