В соединениях формулы которых NH³ PH³ HCI SiH⁴ H²s

Задача: определить характер связей и геометрии в данных соединениях: NH3, PH3, HCl, SiH4, H2S.

Цель: Понять. Ниже подробное разборное решение с объяснениями.

1. Общий вывод по всем этим веществам

• Все перечисленные соединения состоят только из неметаллов и существуют как молекулы. Поэтому между атомами образованы ковалентные связи (а не ионные связи), и характерная молекулярная структура.
• Разница в полярности связей объясняется разностью электроотрицательностей элементов: все связи здесь ковалентные, но такие, как HCl, крайне полярные, а в NH3, PH3, SiH4, H2S — неполярно-полярные ковалентные связи внутри молекул.

2. По каждому веществу

• NH3 (аммиак)

  • Тип связи: ковалентная неориентированная в основном между N и H; молекула состоит из трех N–H связей и одной одинокой пары на атоме азота.
  • Геометрия молекулы: тетраэдр с одним непарным зарядом на азоте, фактически это форма тригональная пирамидальная.
  • Угол N–H примерно 107°, объясняется влиянием пар Lone pair, который сжимает ребра вокруг N.
  • Коротко: ковалентная молекула, дипольная полярная (из-за разности EN между N и H).

• PH3 (форфоновая фосфин)

  • Тип связи: ковалентная N–H аналогично, но P–H связи между фосфором и водородом.
  • Геометрия молекулы: тригональная пирамидальная (как и NH3), но из-за большей атомной радиуса и меньшего эффекта двойной/переходной гибридизации угол H–P–H меньше.
  • Примерный угол H–P–H около 93° (порядка 92–94°), то есть заметно меньше, чем в NH3.
  • Коротко: ковалентная молекула, полярная, геометрия пирамидальная с одним одиночным паром на P.

• HCl (хлороводород, молекула)

  • Тип связи: ковалентная связь между H и Cl. В чистом виде не образует ионную связь.
  • Полярность: сильно полярная из-за большой разницы электроотрицательностей H и Cl (H ~2.1, Cl ~3.0).
  • Геометрия молекулы: линейная (диатомическая молекула).
  • Длина связи и полярность приводят к системе кислотной/оснóвой реакции в водной среде (HCl — сильная кислота в воде).

• SiH4 (силилгидрид, силант)

  • Тип связи: ковалентная связь между Si и H.
  • Геометрия молекулы: тетраэдрическая, угол между связями примерно 109.5°.
  • Особенности: у силикона нет неподеленной пары на центральном атоме (Si в SiH4 sp3-гибридизация), связи прочные и равномерно ориентированы.

• H2S (сернистый водород)

  • Тип связи: ковалентная связь между S и H.
  • Геометрия молекулы: согнутая (V-образная) форма из-за наличия двух пар неподелённых электронов на атоме серы.
  • Угол H–S–H примерно 92° (около 92–95° в зависимости от условий).
  • Общее: молекула полярная (из-за различий EN).

3. Как понять это за минуту

• Шаг 1: определить элементы в молекуле. Если в молекуле только неметаллы — чаще всего ковалентная связь.
• Шаг 2: учесть разность электроотрицательностей. Разность меньше ~1.7–2.0 обычно дает ковалентную связь; больше — к ionic. Здесь разности EN в каждой паре связей малы, кроме сильной полярности H–Cl.
• Шаг 3: учесть геометрию и наличие одиночной пары на центральном атоме (для молекул NH3, PH3, H2S, SiH4):
  • если есть одиночная пара на центральном атоме: пирамидальная или Bent (V-образная).
  • если ось без пар: тетраэдр или линейная/диагональная для простых диатомических молекул.

Итог

• Все перечисленные соединения обладают ковалентными связями.
• NH3 — полярная ковалентная молекула, геометрия тригональная пирамидальная.
• PH3 — полярная ковалентная молекула, геометрия тригональная пирамидальная, угол между связями около 93°.
• HCl — линейная диатомическая молекула, сильно полярная ковалентная связь.
• SiH4 — тетраэдрическая молекула, угол ~109.5°, без пар электронов на центральном атому.
• H2S — согнутая молекула, угол ~92°, две неподелённых пары на S.

Если хотите, могу дополнительно привести электронные формулы Льюиса для каждой молекулы или разобрать конкретные примеры задач по моделированию формы по VSEPR.