Описание с позиций метода валенттных связей (ВС) электронное строение молекул и ионов

Задача 236. 
Описать с позиций метода ВС электронное строение молекулы BF3 и иона  BF4-
Решение:
Электронная конфигурация валентного слоя атома бора 1s22s22p1Электронное строение его валентного слоя в стационарном состоянии может быть представлено следующей графической схемой:

метод валенттных связей

При возбуждении атом бора переходит в состояние 1s22s12p2, а электронное строение его валентного слоя соответствует схеме:

метод валенттных связей

Три неспаренных электрона возбуждённого атома могут участвовать в образовании трёх ковалентных связей по обычному механизму с атомами фтора (1s22s25), имеющими по одному неспаренному электрону, с образованием молекулы  BF3.

Для образования иона BF4-  должен присоединиться один ион  (1s22s26), все валентные электроны которого спарены. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счёт пары электронов из фторид-иона   и одной валентной p-орбитали атома бора.  


Задача 237. 
Сравнить способы образования ковалентных связей в молекулах  CH4, NH3  и в ионе  NH4+. Могут ли существовать ионы CH5+  и  NH42+
Решение:
Электронная конфигурация атома углерода 1s22s22. Электронное строение его валентных орбиталей в стационарном состоянии может быть представлено следующей схемой:

метод валенттных связей

При возбуждении атом углерода переходит в состояние 1s22s13, а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме:

метод валенттных связей

Четыре неспаренных электрона возбуждённого атома углерода могут участвовать в образовании четырёх ковалентных связей по обычному механизму с атомами водорода (1s1), имеющими по одному неспаренному, с образованием молекулы  CH4.

Электронная конфигурация атома азота 1s22s23. Электронное строение его валентных орбиталей в стационарном состоянии может быть представлено следующей схемой:

метод валенттных связей

Три неспаренных электрона невозбуждённого атома азота могут участвовать в образовании трёх ковалентных связей по обычному механизму с атомами водорода (1s1), имеющими по одному неспаренному электрону, с образованием молекулы  NH3.

Для образования иона NH4+  к молекуле NH3  должен присоединиться один ион H+ (1s0), имеющим одну свободную s-орбиталь. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счёт пары электронов атома азота и одной вакантной s-орбитали атома водорода.

Углерод (1s22s22) может образовать соединение  CH4, но при этом валентные возможности углерода будут исчерпаны (нет неспаренных электронов, неподелённых пар электронов и валентных орбиталей на валентном энергетическом уровне), ион CH5+ образоваться не может.

Азот (1s22s23) может образовать соединение  NH3 (за счёт трёх неспаренных 2р-электронов) и ион NH4+  (за счёт донорно-акцепторного механизма между молекулой NH3  и ионом  H+), но при этом валентные возможности азота будут исчерпаны (нет неподелённых пар электронов, свободных валентных орбиталей и неспаренных электронов на валентном уровне), ион NH52+  образоваться не может.  


Задача 238
Какой атом или ион служит донором электронной пары при образовании иона  BH4-?
Решение:
Электронная конфигурация атома бора 1s22s21. Электронное строение его валентного слоя в стационарном состоянии может быть представлено следующей графической схемой:

метод валенттных связей

При возбуждении атом бора переходит в состояние 1s22s12p2, а электронное строение его валентного слоя соответствует схеме:

метод валенттных связей

Три неспаренных электрона возбуждённого атома бора могут участвовать в образовании трёх ковалентных связей по обычному механизму с атомами водорода (1s1), имеющими по одному неспаренному электрону, с образованием молекулы  BH3.

Для образования иона BH4-  к молекуле BH3  должен присоединиться ион H-  (1s2), имеющий на валентном уровне свободную пару электронов. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счёт пары электронов иона   и свободной (вакантной) 2р-орбитали.


Задача 239. 
Объяснить с позиций метода ВС способность оксидов NО и NО2 образовывать димерные молекулы.
Решение:
На внешнем электронном слое атома азота содержится два спаренных 2s-электрона и три неспаренных 2р-электрона (2s23). Атом кислорода на внешнем слое содержит пару 2s-электронов и четыре 2р-электрона, из которых два неспаренных (2s24).

а) В молекуле NO связь осуществляется по обычному ковалентному механизму за счёт двух неспаренных электронов атома азота и двух неспаренных электронов атома кислорода, с образованием двух ковалентных связей в молекуле. Электронная схема молекулы NO имеет вид:

метод валенттных связей

Таким образом, в молекуле NO атом азота содержит один неспаренный 2р-электрон. Поэтому между двумя молекулами N2О2 может образоваться ковалентная связь по обычному механизму. Валентная схема молекулы N2О2 имеет вид:

метод валенттных связей

В димере N2О2 атомы азота и имеют восьмиэлектронную устойчивую конфигурацию. Структурная формула имеет вид:

метод валенттных связей

б) В молекуле NO2 атом азота соединён двумя ковалентными связями с одним атомом кислорода, находящимся в невозбуждённом состоянии, связь образуется за счёт двух неспаренных электронов атома азота и двух неспаренных электронов атома кислорода. Второй атом кислорода соединяется с атомом азота по донорно-акцепторному механизму за счёт пары электронов атома азота и свободной валентной 2р-орбитали атома кислорода. Молекула NO2 содержит один неспаренный электрон у атома азота.

Валентная схема молекулы NO2 имеет вид:

метод валенттных связей

Две молекулы NO2 могут соединиться друг с другом, образовав димер N2O4. Связь между двумя молекулами NO2 образуется по обычному ковалентному механизму за счёт неспаренных электронов атомов азота. Валентная схема димера N2O4 имеет вид:

метод валенттных связей

Структурная формула димера N2O2 имеет вид:

метод валенттных связей


Задача 240. 
Объяснить с позиций метода ВС возможность образования молекулы С2N2.
Решение:
Электронная конфигурация атома углерода 1s22s22. Электронное строение его валентных орбиталей в стационарном состоянии может быть представлено следующей схемой: 

метод валенттных связей

При возбуждении атом углерода переходит в состояние 1s22s13, а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме:   

метод валенттных связей

Электронная конфигурация атома азота 1s22s23. Электронное строение его валентных орбиталей в стационарном состоянии может быть представлено следующей схемой:  

метод валенттных связей

Для образования молекулы C2N2 к каждому атому углерода присоединяется по одному атому азота. Связи между атомами углерода и азота  образуются за счёт трёх неспаренных электронов углерода и трёх неспаренных электронов азота. Оставшийся неспаренный электрон одного атома углерода образует ковалентную связь по обычному механизму с неспаренным электроном другого атома углерода. Таким образом, в молекуле C2N2 два атома углерода образуют ковалентную связь между собой и по три ковалентные связи с атомом азота по обычному механизму.  Валентная схема молекулы C2N2 будет иметь вид:

метод валенттных связей

Структурная формула С2N2 имеет вид:

метод валенттных связей

Таким образом, молекула C2N2 реально существует.