1. Определить тип связи в молекуле AsH3. Показать механизм её образования, написав электронные формулу и схему. Объяснить свойства этой связи: насыщаемость и направленность

2. Почему молекулы  HF способны образовывать димеры и полимеры?

1. Определение типа связи в молекуле AsH₃

Молекула арсина (AsH₃) состоит из атома мышьяка (As) и трёх атомов водорода (H). Чтобы определить тип связи в этой молекуле, рассмотрим электронное строение атомов и механизм образования ковалентных связей.

Электронные формулы

Атом мышьяка имеет электронную конфигурацию:

• As: [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p³

Атом водорода имеет электронную конфигурацию:

• H: 1s¹

У атома мышьяка на внешнем энергетическом уровне находятся пять валентных электронов (два в 4s и три в 4p), а у водорода один валентный электрон в 1s-орбитали. Для формирования связи атом мышьяка использует три валентных p-электрона, чтобы образовать три одинарные ковалентные связи с атомами водорода.

Схема образования связи

Механизм образования связи в молекуле AsH₃ выглядит следующим образом:

1. Атом мышьяка использует три неспаренных электрона из 4p-орбиталей для создания связей с тремя атомами водорода.
2. Каждый атом водорода предоставляет один электрон для совместного использования, образуя общую электронную пару с атомом мышьяка.

Таким образом, образуется три σ-связи между атомами As и H за счёт перекрывания 4p-орбиталей мышьяка и 1s-орбиталей водорода.

Характеристики связи в AsH₃

Тип связи: Ковалентная полярная. Связь между As и H является полярной, поскольку разность электроотрицательностей между атомами As и H приводит к тому, что электронная плотность смещается в сторону атома As. Тем не менее, из-за сравнительно небольшой разницы в электроотрицательности, связь остаётся преимущественно ковалентной.

Насыщаемость: Связи в AsH₃ насыщаемые, так как каждый атом водорода может образовать только одну связь, а атом мышьяка использует все свои три неспаренных электрона для связи с водородом.

Направленность: Ковалентные связи в AsH₃ имеют направленность, так как σ-связи формируются путём перекрывания орбиталей, и это приводит к образованию определённого пространственного расположения. Молекула AsH₃ имеет форму тригональной пирамиды (по аналогии с аммиаком NH₃), что обусловлено наличием неподелённой пары электронов на атоме As. Эта пара электронов отталкивает связи As-H, придавая молекуле пирамидальную форму.

2. Почему молекулы HF способны образовывать димеры и полимеры?

Молекулы фтористого водорода (HF) обладают способностью образовывать димеры и полимеры за счёт сильных водородных связей между молекулами. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Причины образования водородных связей в HF

1. Высокая электроотрицательность фтора: Фтор — самый электроотрицательный элемент в периодической таблице. В молекуле HF фтор сильно притягивает электронную плотность от водорода, создавая значительный дипольный момент. Это приводит к тому, что атом водорода в HF приобретает частично положительный заряд (δ+), а атом фтора — частично отрицательный заряд (δ-).

2. Полярность молекулы HF: Из-за большой разницы в электроотрицательностях между водородом и фтором молекула HF является высокополярной. Положительно заряженный атом водорода одной молекулы может притягиваться к отрицательно заряженному атому фтора другой молекулы, формируя водородную связь.

Механизм образования димеров и полимеров

• Димеризация: В водородной связи атом водорода одной молекулы HF взаимодействует с парой электронов на атоме фтора другой молекулы HF. Это приводит к образованию димера HF-HF, где водородная связь связывает две молекулы.

• Полимеризация: Если в системе присутствует много молекул HF, водородные связи могут распространяться на несколько молекул, связывая их в более сложные цепи и структуры. Таким образом, HF может образовывать ассоциаты, напоминающие полимерные цепи.

Свойства водородных связей в HF

Водородные связи между молекулами HF довольно прочные по сравнению с водородными связями в других соединениях, таких как вода. Это объясняется высокой полярностью HF и малым размером атомов водорода и фтора, что позволяет эффективное перекрывание орбиталей и образование сильных межмолекулярных взаимодействий. Эти связи ответственны за такие физические свойства HF, как высокая температура кипения и способность образовывать сложные ассоциаты в жидком состоянии.

Таким образом, способность молекул HF к образованию димеров и полимеров объясняется их полярностью и образованием сильных водородных связей между молекулами, что приводит к стабильным межмолекулярным ассоциатам.