Характеристика ионов водорода. Энергетические схемы образования молекулярных орбиталей ионов 


Задача 805. 
Какие из перечисленных атомов, ионов и молекул диамагнитны: а) Н; б) Н2; в)  H22+; г)  H2-?
Зешение:
а) Атом Н имеет на внешнем энергетическом уровне один электрон (1s1) вследствие чего суммарный спин отличен от нуля - атом парамагнитен.

б) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона Н2 имеет вид:

молекулярные орбитали

При образовании Н2 из двух атомов водорода образуется молекулярная орбиталь на которой содержится два электрона на связывающей орбитали. Неспаренных электронов нет, значит, суммарный спин электронов равен нулю -  частица диамагнитна.

в) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона H2+  имеет вид: 

молекулярные орбитали

При образовании H2+  из атома водорода и иона водорода H+ образуется молекулярная орбиталь на которой содержится один неспаренный электрон на связывающей орбитали, суммарный спин отличен от нуля, что и придаёт частице парамагнитные свойства.

г) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона H2-  имеет вид:

молекулярные орбитали

При образовании H2-  из атома водорода и иона Н- образуется молекулярная орбиталь на которой содержится два электрона на связывающей орбитали и один на разрыхляющей, суммарный спин отличен от нуля, что и придаёт частице парамагнитные свойства.

Ответ: б3.


Задача 806. 
Гремучая смесь при комнатной температуре: а) находится в состоянии химического равновесия; б) не находится в состоянии химического равновесия? Потому что: 1) скорость реакции равна нулю; 2) внесение катализатора приводит к протеканию реакции.
Решение:
Смесь, состоящая из двух объёмов водорода и одного объёма кислорода, называется гремучей смесью. При поджигании этой смеси происходит сильный взрыв. В обычных условиях водород с кислородом не взаимодействует. Малая скорость этой реакции при обычных условиях  обусловлена  высокой энергией активации данной реакции. И, если бы данная реакция  при н. у. находилась в состоянии равновесия, то при внесении катализатора равновесие процесса не сместится. Объяснить это можно тем, что катализаторы – это вещества, которые увеличивают скорость протекания реакций как прямой, так и обратной, что, само собой на смещение равновесия не влияет. Так как в данной системе при внесении катализатора начинает протекать реакция, то можно сделать вывод: система не находится в состоянии равновесия.

В действительности данная реакция относится к реакциям цепного характера, не к обратимым реакциям. Обычно цепные реакции протекают с участием активных центров - атомов водорода, кислорода и гидроксид-радикалов. 

Применение катализатора сильно увеличивает скорость взаимодействия между молекулами Н2 и О2, что приводит к образованию двух гидроксильных радикалов: 

H2 + O2 = OH. + OH

Затем радикалы ОН. реагируют с молекулой Н2:

ОН. + H2 = H2O + H. 

далее 

H. + O2 = O. + OH

Затем могут протекать следующие процессы:

 H. + OH. = H2O;
 2H. + O. = H2O.

Процесс ускоряется – реакция протекает со взрывом.


Задача 807. 
Исходя из указанных значений электродных потенциалов:
 H2 + 2электрон = 2Н-, потенциал 0 = 2,23B;
 2H+ + 2электрон = H2, потенциал 0 = 0,41B (при pH = 7).
установить, может ли гидрид-ион существовать в водных растворах: а) да; б) нет?
Решение:
Сначала установим, может ли самопроизвольно протекать данная реакция, по величинам стандартных потенциалов водородных электродов. Из законов электрохимии вытекает, что окислителем всегда служит электрохимическая система с более высоким значением потенциала. Поскольку потенциал Н+ значительно больше, чем потенциал Н-, то практически при любых концентрациях ионов Н+ и Н будут реагировать друг с другом с образованием Н2, при этом гидрид-ион будет служить восстановителем и окисляться ионом Н+. Реакция будет протекать слева направо:

H+ + H- ⇔ H2

В водном растворе всегда присутствуют ионы Н+, образуемые при диссоциации воды:

H2O ⇔ H+ + OH-

Таким образом, гидрид-ион Н- не может существовать в водном растворе, потому что он взаимодействует с ионом водорода по ионно-молекулярному уравнению:

H+ + H-⇔ H2.

Ответ: б).