А
Химия·11 класскод 1.3.1·10 мин

Химическая связь, гибридизация и строение вещества

Определяем тип гибридизации и геометрию молекулы по числу сигма-связей и предсказываем свойства вещества по типу кристаллической решётки.

Тренировать тему

Задания 4 и 5 ЕГЭ проверяют тип связи, гибридизацию и тип кристаллической решётки. Все три вопроса решаются одним приёмом: посчитать сигма-связи и неподелённые пары у центрального атома, а затем перейти к геометрии и свойствам.

Сигма- и пи-связи

Одинарная связь — одна σ-связь. Двойная связь — одна σ и одна π. Тройная связь — одна σ и две π. В гибридизации участвуют только σ-связи и неподелённые электронные пары; π-связи образуются негибридными p-орбиталями и на тип гибридизации не влияют. Донорно-акцепторный механизм даёт обычную ковалентную связь: в ионе NH4 + все четыре связи равноценны.

Типы гибридизации и их геометрия
Гибридизация центрального атома
sp — 2 области, угол 180°
Линейная: CO2, C2H2, BeCl2, HCN
sp² — 3 области, угол 120°
Плоская треугольная: BF3, SO3, C2H4, бензолАтом углерода карбонильной и карбоксильной группы
sp³ — 4 области, угол ~109,5°
Тетраэдрическая: CH4, CCl4, алмаз, SiO2С неподелёнными парами: NH3 (пирамида), H2O (угловая)
Тип определяется суммой числа σ-связей и неподелённых пар у центрального атома.

Гибридизация, геометрия, примеры

Типσ-связи + неподелённые парыГеометрияПримеры
sp2линейная, 180°CO2, C2H2, BeH2
sp²3плоская треугольная, 120°C2H4, C6H6, BF3, SO3
sp³4тетраэдр, 109,5°CH4, NH4+, CCl4, алмаз
sp³ с 1 парой3 связи + 1 паратригональная пирамида, 107°NH3, PH3
sp³ с 2 парами2 связи + 2 парыугловая, 104,5°H2O, H2S
Типы кристаллических решёток

Молекулярная решётка (I2, CO2 тв., лёд, органика) — низкие температуры плавления и кипения, летучесть. Атомная (алмаз, кремний, SiO2, карборунд) — очень тугоплавкие, твёрдые, нерастворимые. Ионная (NaCl, K2SO4, щёлочи) — тугоплавкие, хрупкие, проводят ток в расплаве и растворе. Металлическая (все металлы) — ковкость, тепло- и электропроводность, металлический блеск.

Молекулярная и атомная решётки
Молекулярная решётка
  • ·В узлах молекулы, между ними слабые межмолекулярные силы
  • ·Низкие t(пл) и t(кип), многие летучи
  • ·Не проводят электрический ток
  • ·I2, S8, P4, CO2, H2O, сахар, органические вещества
Атомная решётка
  • ·В узлах атомы, соединённые ковалентными связями
  • ·Очень высокие t(пл), большая твёрдость
  • ·Нерастворимы, ток не проводят (кроме графита)
  • ·Алмаз, графит, Si, SiO2, SiC, B, красный фосфор
Различие в прочности связей между частицами задаёт всю разницу физических свойств.
Разбор молекулы этилена CH2=CH2
2 связи C–Hдве σ-связи от каждого атома углерода
1 связь C–C (σ)третья σ-связь, всего три области — sp²-гибридизация
1 связь C–C (π)образована негибридными p-орбиталями, в гибридизации не участвует
Угол 120°, плоская молекулаименно поэтому невозможно вращение вокруг двойной связи и существует цис-транс-изомерия
Атом углерода образует три σ-связи, значит гибридизация sp², а молекула плоская.
Водородная связь

Образуется, когда водород связан с F, O или N. Она резко повышает температуры кипения и плавления и растворимость в воде: H2O кипит при 100 °C, а H2S — при −60 °C; спирты кипят намного выше алканов той же массы. Водородная связь есть у воды, спиртов, фенолов, карбоновых кислот, аммиака, аминов, HF, белков и нуклеиновых кислот. У альдегидов и простых эфиров между молекулами её нет.

Задания 4–5 ЕГЭ. Разбор

Условие: выберите вещества с sp²-гибридизацией центрального атома: SO3, CH4, C2H2, C6H6, NH3. Решение. SO3 — сера образует три σ-связи с кислородом, неподелённых пар нет, значит sp², молекула плоская. CH4 — четыре σ-связи, sp³. C2H2 — у каждого углерода две σ-связи (C–H и C–C), значит sp, молекула линейная. C6H6 — каждый углерод даёт три σ-связи (две C–C и одну C–H), значит sp², кольцо плоское. NH3 — три σ-связи плюс одна неподелённая пара, всего четыре области, sp³, пирамида. Ответ: SO3 и C6H6.

Ловушка ФИПИ: пи-связи и неподелённые пары

Главная ошибка — считать π-связи при определении гибридизации: в SO3 или в карбонильной группе двойная связь не увеличивает число гибридных орбиталей. Вторая — забыть неподелённые пары: у азота в NH3 и у кислорода в H2O гибридизация sp³, хотя σ-связей всего три и две. Третья — приравнивать «полярную связь» и «полярную молекулу»: в CO2 связи полярны, но молекула линейная и симметричная, поэтому неполярна. Четвёртая — приписывать водородную связь ацетону или диэтиловому эфиру.

Контроль
  • Посчитаны только σ-связи плюс неподелённые пары центрального атома
  • π-связи в подсчёт гибридизации не включены
  • Геометрия названа с учётом неподелённых пар
  • Тип решётки определён по типу частиц в узлах, а не по внешнему виду
  • Водородная связь приписана только веществам с O–H, N–H или H–F