Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 36.

Kategoria: Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Rodzaje wiązań i ich właściwości Hybrydyzacja orbitali i kształt cząsteczek Typ: Podaj/wymień

Dwa pierwiastki X i Y tworzą związek chemiczny, w którego cząsteczkach atom pierwiastka X jest atomem centralnym, a wszystkie połączone z nim atomy pierwiastka Y są równocenne. Pierwiastek X znajduje się w 13. grupie układu okresowego pierwiastków chemicznych, w rdzeniu atomowym ma 2 elektrony. Pierwiastek Y znajduje się w 3. okresie i jego atom tworzy trwały jon prosty o wzorze Y⁻.

a)	Napisz wzór sumaryczny związku pierwiastka X i Y, podaj typ hybrydyzacji (sp, sp², sp³) atomu pierwiastka X w cząsteczce tego związku oraz określ budowę przestrzenną (liniowa, trójkątna, tetraedryczna) tej cząsteczki.

Wzór sumaryczny:
Typ hybrydyzacji:
Budowa przestrzenna:

b)	Określ charakter wiązania chemicznego (jonowe, kowalencyjne niespolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane) występującego w opisanym związku.

c)	Określ stosunek masowy i stosunek molowy pierwiastka X do pierwiastka Y w opisanym związku chemicznym.

Rozwiązanie

(0-1)
Wzór sumaryczny: BCl₃.
Typ hybrydyzacji: sp².
Budowa przestrzenna: trójkątna lub trygonalna.

(0-1)
Charakter wiązania: kowalencyjne spolaryzowane.

(0-1)
Stosunek masowy m_X : m_Y = 11 : 106,5.
Stosunek molowy n_X : n_Y = 1 : 3.

Wskazówki

Analizując podaną informację, można stwierdzić, że pierwiastek X to bor (leży w 13. grupie, ma 5 elektronów, 2 elektrony w rdzeniu atomowym i 3 elektrony walencyjne). Pierwiastek Y to chlor (leży w 3. okresie i jako jedyny pierwiastek tego okresu tworzy trwałe jony jednoujemne Cl⁻). Bor i chlor tworzą związek chemiczny o wzorze BCl₃. Atom boru, będący w cząsteczce tego związku atomem centralnym, ma w stanie podstawowym następującą konfigurację elektronową: 1s²2s²2p¹. Gdyby w tworzeniu wiązań z atomami chloru uczestniczyły elektrony walencyjne atomu boru, których stan opisują orbitale 2s i 2p, wtedy nie powstałaby cząsteczka, w której wszystkie atomy chloru są równocenne, ponieważ nierównocenne byłyby ich wiązania z atomem boru. Aby atom boru mógł wytworzyć z atomami chloru 3 równocenne wiązania, trzeba założyć istnienie 3 orbitali zhybrydyzowanych sp², które zastępują 3 nierównocenne orbitale 2s i 2p. Hybrydyzacji sp² odpowiada struktura trygonalna (trójkątna).

Określając charakter wiązania chemicznego (jonowe, kowalencyjne niespolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane), możemy od razu odrzucić wiązanie jonowe, ponieważ związki jonowe są zbiorem kationów i anionów, a nie zbiorem cząsteczek. Cząsteczki tworzą atomy połączone co najmniej 1 wspólną parą elektronów. W cząsteczce chlorku boru mogą zatem występować wiązania kowalencyjne niespolaryzowane albo spolaryzowane. Aby to ustalić, obliczymy różnicę elektroujemności boru i chloru. Dzięki temu zobaczymy, w jakim stopniu atomy tych pierwiastków różnią się zdolnością do przyciągania elektronów (elektroujemność jest miarą tej zdolności). Wartości elektroujemności według Paulinga odczytujemy z układu okresowego pierwiastków chemicznych znajdującego się w zestawie Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki . Różnica elektroujemności chloru i boru jest równa 3,0 – 2,0 = 1,0, z czego wynika, że wiązania między atomem boru i atomami chloru są wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi, bardziej elektroujemny jest atom chloru i pary elektronów wiążących przesunięte są w stronę atomów tego pierwiastka.

Wzór związku BCl₃ wskazuje, że na 1 mol atomów boru przypadają 3 mole atomów chloru. Stosunek molowy boru do chloru wynosi więc n_X : n_Y = 1 : 3. Aby obliczyć stosunek masowy pierwiastków chemicznych tworzących ten związek, należy z układu okresowego odczytać masy molowe boru i chloru i pomnożyć je przez liczbę występujących w nim moli atomów. Stosunek masowy wynosi więc m_X : m_Y = 11 : 106,5.