Межмолекулярное взаимодействие.
Существование молекулярных химических соединений, как в газообразном, так и конденсированном (жидком и твердом) состояниях обусловлено действием сил межмолекулярного взаимодействия двух типов – электростатических (Ван-дер-Ваальсовских сил[**]) между валентно-насыщенными молекулами и донорно-акцепторным межмолекулярным взаимодействием с образованием межмолекулярных комплексов.
Электростатическое взаимодействие молекул подразделяют на ориентационное, индукционное и дисперсионное. Ориентационное (диполь-дипольное) взаимодействие[††] проявляется для полярных молекул с постоянным дипольным моментом m. В результате кулоновского взаимодействия при сближении полярные молекулы ориентируются так, чтобы энергия системы стала минимальной. Энергия такого взаимодействия пропорциональна m4/r6, где r – расстояние между центрами диполей. Поскольку взаимная ориентация двух диполей мешает им ориентироваться относительно третьего, то ориентационное взаимодействие в общем случае не аддитивно. Притяжение диполь-диполь сильно зависит от расстояния между молекулами и осуществляется, только если энергия притяжения превышает тепловую энергию молекул (RT = 2.5 кДж/моль при комнатной температуре), что соответствует конденсированному состоянию веществ. При повышении температуры, а также в газовой фазе преобладает энергия теплового движения и эффект диполь-дипольного взаимодействия резко уменьшается. Таким образом, для полярных молекул с близкими значениями молекулярных масс с ростом дипольного момента температура кипения соединений возрастает:
Соединение | М, а.е.м. | m, D | Tкип. К |
CH3CH2CH3 | 0.1 | ||
CH3OCH3 | 1.3 | ||
CH3CHO | 2.7 | ||
CH3CN | 3.9 |
Индукционное (диполь – наведенный диполь) взаимодействие[‡‡] осуществляется благодаря поляризации молекул под действием электрического поля диполей окружающей среды и возникновению у неполярных молекул наведенного или индуцированного диполя. Подобное взаимодействие может возникать и для полярных молекул. Тогда индукционный эффект добавляется к диполь-дипольному взаимодействию и усиливает взаимное притяжение молекул. Энергия индукционного взаимодействия возрастает с ростом дипольного момента и поляризуемости (a) молекул и быстро падает при увеличении расстояния E ~ m2a/r6. Поскольку поляризация происходит при любом пространственном расположении молекул, то эффективность индукционного взаимодействия не зависит от температуры. Индукционное взаимодействие обычно достаточно слабое (в 10 – 20 раз меньше ориентационного эффекта) и заметно проявляется для молекул с высокой поляризуемостью.
Дисперсионное взаимодействие[§§] является универсальным и возникает при взаимодействии любых молекул независимо от их строения и полярности. Дисперсионный эффект возникает в результате наличия у молекул в каждый момент времени мгновенных микродиполей, взаимодействие между которыми приводит к синхронизации их движения. Несмотря на среднее, сферически симметричное распределение электронного заряда по отношению к положительному заряду ядра атома, в любой момент времени вследствие значительного различия в массах центры положительного и отрицательного заряда не совпадают, что и приводит к появлению мгновенного диполя. Электрическое поле мгновенных диполей атомов и молекул индуцирует возникновение мгновенных диполей в соседних частицах. При этом в результате взаимной ориентации микродиполей движение частиц перестает быть независимым и становится синхронным – возникновение и исчезновение микродиполей в частицах происходит в такт друг к другу. Это определяет притяжение соседних частиц и понижение энергии системы.
Энергия дисперсионного взаимодействия E ~ a2I/r6, где a и I – поляризуемость и потенциал ионизации взаимодействующих молекул. Так как потенциалы ионизации молекул колеблются в нешироких пределах вблизи 10 эВ, то различие в дисперсионном взаимодействии определяется, главным образом, поляризуемостью молекул, которая возрастает с ростом их размеров. Поскольку размеры и масса молекул обычно взаимосвязаны, то дисперсионные силы в целом тем больше, чем больше молекулярная масса вещества, что и определяет закономерное увеличение температуры кипения и плавления – например, в ряду благородных газов:
He | Ne | Ar | Kr | Xe | Rn | |
М, а.е.м. | ||||||
Ткип., К | ||||||
Tпл., К |
Для многоатомных молекул определенную роль в эффективности дисперсионного взаимодействия играет также форма молекул – например, пентан и изопентан имеют одинаковую молекулярную массу 72, но различные температуры кипения 309.4 К и 282.7 К соответственно. Молекулы пентана СH3(CH2)3CH3 обладают большим числом центров для дисперсионного взаимодействия и способны вступать в контакт друг с другом по всей длине молекулы, что и обеспечивает их более сильное притяжение друг к другу по сравнению с молекулами изопентана (CH3)4C, поверхность контакта между которыми меньше.
Таким образом, энергия межмолекулярного электростатического взаимодействия в общем случае складывается из энергии ориентационного, индукционного и дисперсионного взаимодействий, вклады каждого из которых зависят от полярности и поляризуемости молекул. Чем выше полярность, тем значительнее роль ориентационных сил, тогда как с ростом поляризуемости молекул возрастает дисперсионный эффект. Индукционный эффект зависит от обоих факторов, но по величине значительно меньше по сравнению с дисперсионным и ориентационным взаимодействием. В целом Ван-дер-Ваальсовские силы намного слабее внутримолекулярных – например, энергия испарения жидкого HCl составляет 16 кДж/моль, тогда как энергия химической связи – 431 кДж/моль. Поэтому именно межмолекулярные силы в первую очередь определяют физические характеристики молекулярных соединений в конденсированном состоянии – температуры плавления и кипения, твердость, плотность, тепловое расширение.
Донорно-акцепторное межмолекулярное взаимодействие возникает за счет наличия электронной пары у одной молекулы (донора) и свободной орбитали у другой молекулы (акцептора), что приводит к образованию межмолекулярных комплексов. Например, акцепторные свойства соединений бора BХ3 определяет их эффективное взаимодействие с различными донорами - аминами, фосфинами, эфирами – с образованием соответствующих межмолекулярных комплексов (аддуктов) - (CH3)3N×BCl3, (CH3)3P×BH3, (C2H5)2O×BF3. Донорно-акцепторное взаимодействие возможно и между одинаковыми молекулами – например, линейные молекулы фторида бериллия BeF2 в газовой фазе характеризуются наличием как свободных орбиталей атомов бериллия, так и неподеленных электронных пар атомов фтора. Это приводит к ассоциации молекул при понижении температуры с образованием полимерных молекул (BeF2)n. Энергия межмолекулярного донорно-акцепторного взаимодействия колеблется в достаточно широких пределах: от 6 – 12 кДж/моль, что близко к энергии Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, до 200 – 250 кДж/моль – значений, сопоставимых с энергией ковалентных химических связей.
Упражнения:
126. Укажите межмолекулярные силы, действующие между молекулами: HCl-HCl, HF-HF, O2-H2, CH4-CH3Cl, CH3NH2-H2O, NF3-BF3.
127. Укажите природу межмолекулярных сил и расположите следующие соединения в порядке увеличения их температур кипения: H2S, CH3OH, C2H6, Ar.
128. Определить для какого вещества характерно наибольшее ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействие:
He | Ar | CO | HCl | NH3 | H2O | |
m, D | 0.12 | 1.03 | 1.50 | 1.84 | ||
Поляризуемость, Å3 | 0.20 | 1.63 | 1.99 | 2.63 | 2.21 | 1.48 |
129. Как и почему изменяются температуры кипения и плавления в ряду: а) галогенов, б) галогеноводородов, в) водородных соединений р-элементов 4 группы?
130. Обоснуйте характер изменения температур (oC) кипения фторидов элементов второго периода: LiF 1717, BeF2 1175, BF3 -101, CF4 -128, NF3 -120, OF2 -145, F2 -188.
131. Исходя из величин температур плавления, определить вещества с молекулярной кристаллической решеткой и какие силы действуют между их молекулами:
CH4 | HI | P4 | H2O | SiO2 | PdCl2 | Si | NaCl | |
Тпл. К | ~2000 |
Индивидуальные задания по теме “Химическая связь”
Вариант 1.
1. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [MnO4]-, [Mn(CN)6]3-и [Mn(H2O)6]2+.
2. Методом ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в следующих соединениях: NF3, CO32-, SO2Cl2, ClO3-, PF5, SiF62-.
3. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения HF и LiH.
4. В рамках ионной модели обоснуйте характер изменения термической устойчивости в ряду гидроксидов: а) Be(OH)2®Mg(OH)2®Ca(OH)2®Sr(OH)2® Ba(OH)2; б) Zn(OH)2®Cd(OH)2®Hg(OH)2.
5. В рамках метода ГВС обоснуйте применимость эмпирического правила «N-2» для наиболее устойчивых степеней окисления галогенов в их соединениях. С чем связано исключение из этого правила для соединений фтора?
6. Объясните различие в температурах плавления 4d-металлов: Y (1528 oC), Mo (2620 оС), Cd (321 oC).
Вариант 2.
1. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения BeH2 и BeF2.
2. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [FeCl4]-, [Fe(CN)6]3-, [Fe(H2O)6]3+.
3. Методом ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в следующих соединениях: CO2, COF2, SO2, NO3-, PF6-, AsF5.
4. В рамках ионной модели обоснуйте характер изменения кислотно-основных свойств в ряду: а) HIO®HIO2®HIO3®HIO4®H5IO6; б) HClO®HBrO®HIO.
5. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: KrF2, PF5, SeF4, ClF4+.
6. Определите энергию кристаллической решетки NaBr, если ионные радиусы натрия и брома составляют 0.095 нм и 0.195 нм. Обоснуйте, почему при обычных условиях ионные соединения существуют в виде ионных кристаллов, а не в виде отдельных молекул.
Вариант 3.
1. В рамках метода ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в соединениях: BeCl2, BO33-, ClO2-, SO42-OF2, IF5.
2. Методом МО опишите электронное строение, определите кратность связи и магнитные свойства двухатомных молекул элементов II периода.
3. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [NiCl4]2-, [Ni(CN)4]2-, [Ni(H2O)6]2+.
4. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру фторидов ксенона: XeF+, XeF2, XeF3-, XeF4, XeF5+, XeF6.
5. В рамках зонной модели обоснуйте характер изменения удельного сопротивления (r) для простых веществ р-элементов 4 группы с алмазоподобной кристаллической решеткой:
Элемент | C | Si | Ge | Sn |
r, Ом×см | 106 | 6×104 |
6. Определите величину энергии процессов гетеролитического и гомолитического разрыва связи в молекуле NaI, если величина ионных радиусов Na и I составляют 0.095 нм и 0.216 нм, потенциал ионизации Na 5.14 эВ и энергия сродства к электрону I 3.06 эВ.
Вариант 4.
1. От каких факторов зависит эффективность гибридизации атомных орбиталей центрального атома? В рамках метода ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в оксоанионах: SiO44-, PO43-, SO42-, ClO4-. Как и почему изменяется устойчивость этих оксоанионов?
2. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения СН4. Объясните наличие двух первых потенциалов ионизации (1274 кДж/моль и 2132 кДж/моль) молекулы метана.
3. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [VCl4]-, [V(H2O)6]3+, [V(CN)6]3-.
4. Почему химия благородных газов ограничена с одной стороны элементами подгруппы криптона, а с другой их соединениями со фтором, кислородом и хлором? Опишите электронное строение и обоснуйте характер изменения устойчивости в ряду: а) KrF2, XeF2, RnF2; б) XeF4, XeCl4.
5. От каких факторов зависит поляризуемость и поляризующее действие ионов? Как и почему изменяется поляризующее действие и поляризуемость в ряду следующих ионов: а) Be2+®Mg2+®Ca2+®Sr2+®Ba2+; б) Zn2+®Cd2+® Hg2+; в) Al3+®Sc3+®Y3+®La3+; г) O2-® S2-®Se2-®Te2-; д) Mg2+®Na+®F-®O2-?
6. Объясните характер изменения температур кипения (oC) в ряду соединений: а) CH4 (-162), NH3 (-33), H2O (0), HF (19.5); б) BF3 (-101), CF4 (-128), NF3 (-120), OF2 (-145); в) СCl4 (-23), SiCl4 (-69), TiCl4 (-30).
Вариант 5.
1. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения О2, О2+, О2-, О22-.
2. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, оптических и магнитных свойств комплексов: TiCl4, [TiCl6]4-, [TiF6]3-.
3. Обоснуйте различный характер продуктов обменных реакций в водных растворах: а) Cu(NO)2 + KI и Сu(NO3)2 + KF; б) Zn(NO3)2 + NaOH и Hg(NO3)2 + NaOH.
4. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: XeF6, PF3, IF7, TeF3-.
5. Объясните различие в температурах плавления 5d-металлов: La (920 оС), W (3420 oC), Hg (-38.9 oC).
6. Объясните характер изменения констант диссоциации в водных растворах производных бензойной кислоты: бензойная C7H6O2 (6×10-5), орто-оксибензойная C7H6O3 (1×10-3), мета-оксибензойная C7H6O3 (8×10-5), пара-оксибензойная C7H6O3 (3×10-5), 2,6-диоксибензойная С7Н6О4 (5×10-2), 3,5-диоксибензойная С7Н6О4 (9×10-5).
Вариант 6.
1. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения BH3 и BF3.
2. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [Ni(NH3)6]2+, [Pt(NH3)6]4+, [Pt(NH3)4]2+.
3. От каких факторов зависит эффективность гибридизации атомных орбиталей центрального атома? Как и почему изменяется величина валентного угла ÐНЭН и энергия связи Э-Н в ряду водородных соединений халькогенов?
4. Как и почему изменяется термическая устойчивость в ряду: а) NaClO4, AgClO4, HClO4; б) AgF, AgCl, AgBr, AgI?
5. Методом ГВС опишите электронное строение и объясните характер изменения устойчивости в ряду: а) Cl3-, Br3-, I3-; б) IF3, BrF3, ClF3.
6. Постройте и объясните зависимость температуры кипения и плавления халькогеноводородов от величины их молекулярной массы.
H2O | H2S | H2Se | H2Te | |
Tпл., оС | -85.6 | -65.7 | -51 | |
Tкип., оС | -60.4 | -41.4 | -2 |
На основании графической экстраполяции определите - какую температуру кипения и плавления имела бы вода в неассоциированном состоянии?
Вариант 7.
1. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения перманганат-иона MnO4-. С чема связана характерная фиолетовая окраска перманганат-ионов?
2. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [FeF6]3-, [RuF6]3-, [FeO4]2-.
3. Как и почему изменяется термическая устойчивость и окислительные свойства в ряду: HClO, HClO2, HClO3, HClO4?
4. Опишите электронное строение фторидов ксенона и обоснуйте применимость эмпирического правила «N-2» для наиболее устойчивых степеней окисления ксенона. Для каких р-элементов 8 группы и почему связаны исключения из этого правила?
5. Объясните различие в температурах плавления 3d-металлов: Sc (1541 oC), Cr (1890 оС), Zn (420 oC).
6. Обоснуйте спиралеобразную форму белков и двойную спираль молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК. С чем связана прочность и эластичность волокон синтетических полиамидов (например, найлона), имеющих в своем составе пептидные –NH-CO- связи?
Вариант 8.
1. Как и почему изменяются кислотные и окислительные свойства в ряду гидроксидов хлора: HClO – HClO2 – HClO3 – HClO4?
2. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [CoF6]3-, [RhF6]3-, [IrF6]2-.
3. Опишите электронное строение и определите валентность атома бора в молекуле BCl3 в рамках методов ВС и МО.
4. С чем связана эластичность живых тканей?
5. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: XeF8, SF3, IF4+, PF4-.
6. Постройте и объясните зависимость температуры кипения и плавления галогеноводородов от величины их молекулярной массы.
HF | HCl | HBr | HI | |
Tпл., оС | -83.4 | -114.2 | -86.9 | -50.9 |
Tкип., оС | 19.5 | -85.1 | -66.8 | -35.4 |
Какую температуру кипения и плавления имел бы фтороводород в неассоциированном состоянии?
Вариант 9.
1. Как и почему изменяется устойчивость в водных растворах в ряду следующих комплексных ионов: а) [TiCl6]2-, [ZrCl6]2-, [HfCl6]2-; б) [NiCl4]2-, [PdCl4]2-, [PtCl4]2-?
2. В рамках метода ВС опишите электронное строение и определите тип гибридизации атомных орбиталей, геометрическое строение содинения и кратность связи следующих соединений: SO2, SO32-, SO42-, SF6, SCl4.
3. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [CuF6]3-, [AuCl4]3-, [Cu(H2O)6]2+. Какой из этих комплексов и почему имеет искаженное строение?
4. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: XeF5+, PF6-, SF2, ClF5.
5. Используя качественную диаграмму заселенности электронами s-d зоны для металлов Cu, Cr и Sc:
определите: а) какая диаграмма соответствует каждому из металлов, б) как и почему изменяется температура плавления в ряду этих металлов, в) почему хром характеризуется высокой твердостью, а медь является “мягким” металлом?
6. Изобразите и обоснуйте: а) димерное строение молекул муравьиной кислоты в жидком и газообразном состоянии и зигзагообразную структуру в твердом состоянии; б) зигзагообразное строение карбоната натрия в твердом состоянии.
Вариант 10.
1. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [PtBr4]2-, [PtCl6]2-, PtF6.
2. Методом МВС и МО опишите электронное строение и определите магнитные свойства молекулы O2. Какой из методов согласуется с парамагнитизмом молекулярного кислорода?
3. Как и почему изеняется термическая устойчивость и растворимость в водных растворах галогенидов серебра: AgF, AgCl, AgBr, AgI ?
4. Объясните различие в температурах плавления 5d-металлов: La (920 оС), W (3420 oC), Hg (-38.9 oC).
5. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: ClF2+, PF4-, XeF3+, SF6.
6. Объясните немонотонную зависимость температуры кипения и плавления водородных соединений р-элементов 5 группы от величины их молекулярной массы.
NH3 | PH3 | AsH3 | SbH3 | |
Tпл., оС | -77.8 | -133.8 | -116 | -88 |
Tкип., оС | -33 | -87.7 | -62 | -18 |
На основании графической экстраполяции определите - какую температуру кипения и плавления имел бы аммиак в неассоциированном состоянии?
Вариант 11.
1. В рамках метода ВС опишите электронное строение и определите тип гибридизации атомных орбиталей, геометрическое строение содинения и кратность связи следующих соединений: NH3, NO2-, NO3-, NF3, N2.
2. Как изменяются кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства в ряду HClO4, HBrO4, HIO4, H6IO6 ?
3. В рамках метода МО опишите электронное строение и определите кратность связи следующих соединений: N2,
4. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [CoF6]4-, [CoF6]3-, [CoF6]2-. Обоснуйте окислительно-восстановительные свойства фторидных комплексов Co(II), Co(III) и Co(IV).
5. Какие факторы и почему влияют на устойчивость гипервалентных связей? Опишите электронное строение и сравните термическую устойчивость соединений: а) ClF и ClF3; б) IF7 и IF5; в) PF5 и PCl5; г) KrF2 и XeF2.
6. Изобразите и обоснуйте плоскостную структуру формамида HCONH2 в твердом состоянии. Будет ли диметилформамид HCON(CH3)2 иметь подобную структуру?
Вариант 12.
1. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения О2, О2+, О2-, О22-.
2. Как и почему изменяется термическая устойчивость в ряду: а) NaClO4, AgClO4, HClO4; б) AgF, AgCl, AgBr, AgI?
3. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [PdF6]2-, [PdF6]3-, [PdF4]-, [PdF4]2-. Объясните, почему, как октаэдрические, так и плоскоквадратные комплексы Pd(III) неуйстойчивы?
4. Объясните различие в температурах плавления 3d-металлов: Sc (1541 oC), Cr (1890 оС), Zn (420 oC).
5. Для описания электронного строения каких элементов и почему применим метод ГВС? Опишите электронное строение и определите какие из следующих соединений являются полярными: XeF2, ClF3, PF5, SF6?
6. Укажите природу межмолекулярных сил и объясните характер изменения температур кипения для следующих соединений: а) диэтиловый эфир (C2H5)2O (34.6 oC) и бутанол C4H9OH (117.5 oC), б) ацетон (CH3)2CO (56.5 oC) и пропанол C3H7OH (97.8 oC), в) этанол C2H5OH (78.4 oC) и этиленгликоль HOC2H4OH (197.3 oC).
Вариант 13.
1. Методом ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в следующих соединениях: NF3, CO32-, SO2Cl2, ClO3-, PF5, SiF62-.
2. Обоснуйте различный характер продуктов обменных реакций в водных растворах: а) Cu(NO)2 + KI и Сu(NO3)2 + KF; б) Zn(NO3)2 + NaOH и Hg(NO3)2 + NaOH.
3. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [NiCl4]2-, [AuCl4]-, [HgCl4]2-.
4. Объясните различие в температурах плавления 5d-металлов: La (920 оС), W (3420 oC), Hg (-38.9 oC).
5. Обоснуйте понятия: «орбитально-избыточные» и «орбитально-дефицитные» связи, гипервалентные-1 (HV-1) и гипервалентные-2 (HV-2) связи, ковалентные (CV) связи. Приведите примеры соединений с химическими связями CV-типа, HV-1, HV-2 и орбитально-избыточными. Как и почему изменяется энергия химических связей CV, HV-1 и HV-2 типа?
6. В дихлорметане CH2Cl2 (m = 1.6 D, вклад дисперсионных сил в межмолекулярные силы приблизительно в пять раз больше, чем вклад ориентационных сил. Каково соотношение между относительными вкладами этих сил можно ожидать для дибромметана СН2Br2 (m = 1.43 D) и дифторметана CH2F2 (m = 1.93 D)?
Вариант 14.
1. Как и почему изменяются кислотные и окислительные свойства в ряду гидроксидов хлора: HClO – HClO2 – HClO3 – HClO4?
2. Сопоставьте в рамках методов ВС и МО описание электронного строения перманганат-иона MnO4-. С чема связана характерная фиолетовая окраска перманганат-ионов?
3. Методом ГВС опишите электронное строение и определите геометрическую структуру соединений: XeF8, SF3, IF4+, PF4-.
4. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [MnCl4]2-, [AuCl4]-, [HgCl4]2-.
5. Используя качественную диаграмму заселенности электронами s-d зоны для металлов Ag, Mo и Y:
определите: а) какая диаграмма соответствует каждому из металлов, б) как и почему изменяется температура плавления в ряду этих металлов, в) почему молибден характеризуется высокой твердостью, а серебро является относительно “мягким” металлом?
6. Получены два химических соединения А и Б с общей формулой С4Н10О, но различными характеристиками:
Соединение | Ткип. оС | Тпл. оС | Растворимость в воде |
А | 117.5 | -79.9 | Хорошая |
Б | 34.6 | -116.3 | Не растворим |
Определите и обоснуйте, какие это соединения?
Вариант 15.
1. Сопоставьте в рамках метода ВС, ТКП и ТПЛ описание электронного строения, характеристику - кратности связи метал-лиганд, магнитных и оптических свойств комплексов: [Co(CN)6]4-, [Co(CN)6]3-, [Co(CN)6]2-. Обоснуйте окислительно-восстановительные свойства цианидных комплексов Co(II), Co(III) и Co(IV).
2. Методом ВС опишите электронное строение, определите геометрическую структуру и кратность связи в следующих соединениях: NF3, CO32-, SO2Cl2, ClO3-, PF5, SiF62-.
3. Как и почему изеняется термическая устойчивость и растворимость в водных растворах галогенидов серебра: AgF, AgCl, AgBr, AgI ?
4. Объясните различие в температурах плавления 5d-металлов: La (920 оС), W (3420 oC), Hg (-38.9 oC).
5. Почему разница в температурах кипения метанола СН3ОН (65 оС) и метана СН4 (-164 оС) составляет 229 оС, тогда как разница в температурах кипения деканола С10Н21ОН (229 оС) и декана (174 оС) только 55 оС?
6. Используя значения ионных радиусов: r(Na+) = 0.095 нм, r(Cs+) = 0.169 нм, r(Ti4+) = 0.074 нм, r(Th4+) = 0.102 нм, r(Cl-) = 0.181 нм, r (F-) = 0.136 нм, r(O2-) = 0.14 нм, определите координационные числа катиона и аниона, а также структуру кристаллической решетки следующих соединений: а) NaCl, б) CsCl, в) TiO2, г) ThO2.
[*] Уравнения приведены для системы единиц СГС, для которой заряд электрона - е = 4.8×10-10 см3.2×г1.2×с-1, а энергия измеряется в эрг/молекулу. 1 эрг/молекулу = 6.242××1021 эВ/молекулу = 6.023×1016 Дж/моль. Для системы единиц СИ уравнения имеют вид: E = [(ze)2/(4per0)][1-(1/n)] и EAB = [(ze)2/(4per0)][1-(1/n)] + I – Ae, где e - диэлектрическая проницаемость вакуума.
[†] Согласно другой точке зрения меньшая устойчивость молекулы F2 по сравнению c Cl2 связана с эффектом межэлектронного отталкивания в молекуле фтора в результате аномально малого радиуса взаимодействующих атомов фтора.
[‡] Дипольные моменты обычно измеряют в дебаях (D); 1D = 3.34 ×10-30 Кл×м.
[§] Образование таких зон обусловлено особенностми симметрии кристаллической решетки алмаза.
[**] Голландский исследователь Ван-дер-Ваальс (1873) постулировал, что «неидеальное» поведение газов при сжатии связано с существованием между атомами и молекулами в газовой фазе общих сил притяжения и для учета этого взаимодействия ввел поправочный член в уравнение состояния идеального газа.
[††] Эффект Кеезома.
[‡‡] Эффект Дебая.
[§§] Эффект Лондона.
[КБ1]
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 2247;