Решебник по химии 8 класс Габриелян §36

Ковалентная неполярная и полярная химическая связь

Стр. 156

Вопрос

Между атомами элементов-неметаллов образуется ковалентная связь. Если это атомы одного химического элемента, образуется ковалентная неполярная связь. А какая химическая связь образуется между атомами разных элементов-неметаллов?

Между атомами разных элементов-неметаллов образуется ковалентная полярная связь.

Это происходит потому, что у разных неметаллов различная электроотрицательность (способность притягивать электроны). Более электроотрицательный атом сильнее притягивает общие электроны, что приводит к смещению электронной плотности и образованию частичных зарядов (δ⁺ и δ⁻).

Примеры ковалентной полярной связи:

• В молекуле воды (H₂O) кислород (O) сильнее притягивает электроны, чем водород (H), поэтому кислород получает отрицательный заряд (δ⁻), а водород — положительный (δ⁺).

• В молекуле хлороводорода (HCl) хлор (Cl) более электроотрицателен, чем водород, и притягивает электроны сильнее, создавая полюса (H⁺δ — Cl⁻δ).

Таким образом, ковалентная полярная связь образуется между неметаллами с разной электроотрицательностью, в отличие от ковалентной неполярной связи, где электроны распределяются равномерно (например, в O₂, N₂, Cl₂).

Стр. 159

Проверьте свои знания

1. Что такое электроотрицательность?

Электроотрицательность — это способность атома химического элемента притягивать к себе общие электронные пары в химических связях. Этот параметр показывает, насколько сильно атом удерживает электроны в соединении.

Электроотрицательность зависит от:

• Положения элемента в Периодической системе:

  • В периоде слева направо электроотрицательность увеличивается.

  • В группе сверху вниз электроотрицательность уменьшается.

• Строения атома:

  • Чем меньше радиус атома, тем сильнее его ядро притягивает электроны.

  • Чем больше заряд ядра, тем выше электроотрицательность.

Самый электроотрицательный элемент — фтор (F), затем идут кислород (O), азот (N) и хлор (Cl).

Электроотрицательность влияет на тип химической связи:

• Если разница электроотрицательностей мала (например, H₂, O₂) → ковалентная неполярная связь.

• Если разница значительная (например, HCl, H₂O) → ковалентная полярная связь.

• Если разница очень большая (например, NaCl, KBr) → ионная связь.

2. Какая химическая связь называется ковалентной полярной? Чем она отличается от ковалентной неполярной связи?

Ковалентная полярная связь — это разновидность ковалентной связи, которая образуется между атомами разных элементов с различной электроотрицательностью. При этом общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому, создавая частичные заряды (δ⁺ и δ⁻).

Пример:

• В молекуле HCl хлор (Cl) более электроотрицателен, чем водород (H), поэтому электронная плотность смещается к хлору, создавая полюса:

(H⁺δ — Cl⁻δ)

Отличия от ковалентной неполярной связи:

• В ковалентной полярной связи электроны смещены к одному из атомов (например, HCl, H₂O).

• В ковалентной неполярной связи электроны равномерно распределены между атомами (например, O₂, N₂).

Таким образом, ковалентная полярная связь характеризуется дипольным моментом и способствует образованию водородных связей (как в воде).

3. Как изменяется ковалентный радиус химических элементов в молекулах метана CH₄ и тетрахлорметана CCl₄?

Ковалентный радиус — это половина расстояния между ядрами двух одинаковых атомов, соединённых ковалентной связью.

В молекулах CH₄ и CCl₄ центральный атом углерод (C) имеет одинаковый ковалентный радиус, но радиус атомов-заместителей (H и Cl) различается.

1. В CH₄ (метане) атомы водорода (H) маленькие, и связи C—H короче.

2. В CCl₄ (тетрахлорметане) атомы хлора (Cl) больше, чем водород, поэтому связи C—Cl длиннее.

Таким образом, ковалентный радиус центрального атома C не изменяется, но радиус связи (C—H и C—Cl) различается, потому что атомы водорода меньше, чем хлор.

4. Запишите схему образования ковалентной связи в молекуле перекиси водорода H₂O₂.

В молекуле перекиси водорода (H₂O₂) атомы кислорода соединены друг с другом и с атомами водорода ковалентными полярными связями.

Электронная схема:

(H∙ + ∙O∙ + ∙O∙ + ∙H → H—O—O—H)

Структурная формула:

(H—O—O—H)

Каждый атом кислорода имеет две связи:

Одна связь с атомом водорода (H).

Одна связь с другим атомом кислорода (O).

Таким образом, молекула H₂O₂ имеет угловую форму, а между молекулами возможны водородные связи.

Стр. 159

Примените свои знания

5. Расположите в ряд по увеличению полярности ковалентной связи формулы следующих веществ: а) бромоводород; б) фтороводород; в) хлороводород; г) йодоводород. Поясните свой ответ.

Полярность ковалентной связи зависит от разницы электроотрицательностей (ЭО) элементов, образующих связь. Чем больше разница ЭО, тем сильнее смещается электронная плотность, и тем более полярной становится связь.

Электроотрицательности галогенов по шкале Полинга:

• Йод (I) — 2.66

• Бром (Br) — 2.96

• Хлор (Cl) — 3.16

• Фтор (F) — 3.98

Электроотрицательность водорода (H) = 2.20.

Теперь рассчитаем разницу электроотрицательностей (ΔЭО) для каждой молекулы:

• Йодоводород (HI): 2.66 - 2.20 = 0.46

• Бромоводород (HBr): 2.96 - 2.20 = 0.76

• Хлороводород (HCl): 3.16 - 2.20 = 0.96

• Фтороводород (HF): 3.98 - 2.20 = 1.78

Чем выше ΔЭО, тем более полярна связь.

Располагаем вещества по увеличению полярности связи:

HI < HBr < HCl < HF

Таким образом, йодоводород (HI) имеет наименьшую полярность, а фтороводород (HF) — наибольшую. Это объясняется тем, что фтор — самый электроотрицательный элемент, а йод — наименее электроотрицательный среди галогенов.

6. Запишите структурные формулы и определите знаки частичных зарядов на атомах в молекулах аммиака NH₃ и сернистого газа SO₂.

Структурная формула:

Атом азота (N) имеет пять валентных электронов, три из которых он использует для образования ковалентных полярных связей с атомами водорода (H). Четвёртая электронная пара остаётся неподелённой, что придаёт молекуле пирамидальную форму.

Электроотрицательности:

• Азот (N) = 3.04

• Водород (H) = 2.20

ΔЭО = 3.04 - 2.20 = 0.84 → Полярная связь

Заряд на атомах:

• Азот (N) более электроотрицателен → частичный отрицательный заряд (δ⁻).

• Водород (H) менее электроотрицателен → частичный положительный заряд (δ⁺).

Обозначение полярности:

(H⁺δ — N⁻δ — H⁺δ)

Молекула сернистого газа (SO₂)

Структурная формула:

Атом серы (S) соединён с двумя атомами кислорода двойными ковалентными полярными связями. Кислород более электроотрицателен, чем сера, поэтому электронная плотность смещена к кислороду.

Электроотрицательности:

• Кислород (O) = 3.44

• Сера (S) = 2.58

ΔЭО = 3.44 - 2.58 = 0.86 → Полярная связь

Заряд на атомах:

• Кислород (O) более электроотрицателен → частичный отрицательный заряд (δ⁻).

• Сера (S) менее электроотрицательна → частичный положительный заряд (δ⁺).

Обозначение полярности:

(O⁻δ = S⁺δ — O⁻δ)

Таким образом, молекулы NH₃ и SO₂ имеют полярные связи, но аммиак обладает пирамидальной структурой, а сернистый газ — угловой формой из-за неподелённых электронных пар.

Стр. 160

Используйте дополнительную информацию

7. Подготовьте сообщение о вкладе Л. Полинга в химическую науку. За какие заслуги этот учёный был удостоен двух Нобелевских премий?

Сообщение

Лайнус Полинг – гениальный химик и борец за мир

Лайнус Карл Полинг (1901–1994) – один из величайших учёных XX века, оказавший огромное влияние на развитие химии, биологии и миротворческой деятельности. Он стал единственным человеком в истории, дважды получившим Нобелевскую премию без соавторов: первую – за достижения в химии, вторую – за борьбу против ядерного оружия. Его открытия по-прежнему находят применение в различных научных областях, а его активная гражданская позиция помогла изменить мир.

Детство и образование

Лайнус Полинг родился 28 февраля 1901 года в США, в городе Портленд (штат Орегон). С детства он проявлял интерес к науке, самостоятельно изучал химию и физику. Несмотря на финансовые трудности, он поступил в Орегонский сельскохозяйственный колледж (ныне Орегонский государственный университет), где начал изучать химическое инжиниринг. Его способности позволили ему быстро проявить себя, и вскоре он продолжил образование в Калифорнийском технологическом институте (Калтех), где защитил докторскую диссертацию.

Вклад в химию: теория химической связи

Главный вклад Полинга в химию связан с пониманием природы химической связи. Он разработал теорию резонанса, которая объясняла, почему молекулы некоторых веществ (например, бензола) обладают устойчивостью, несмотря на наличие нестабильных структур.

Другим важнейшим достижением стало введение понятия электроотрицательности – способности атомов притягивать к себе электроны. Полинг предложил шкалу электроотрицательностей, которая позволяла предсказывать полярность химических связей и их прочность. Согласно этой шкале, наиболее электроотрицательным элементом является фтор (F), а наименее – цезий (Cs) и франций (Fr).

Кроме того, Полинг разработал концепцию гибридизации орбиталей, объясняющую, почему атомы в молекулах располагаются определённым образом. Например, его теория позволила понять, почему молекула метана (CH₄) имеет тетраэдрическую форму, а молекула воды (H₂O) – изогнутую.

Нобелевская премия по химии (1954 г.)

За свои фундаментальные исследования природы химической связи Полинг получил Нобелевскую премию по химии в 1954 году. Его работы позволили учёным лучше понять строение молекул и предсказывать их свойства, что стало основой для дальнейших исследований в химии, физике и молекулярной биологии.

Исследования в биологии и медицина

После работы в области химии Полинг заинтересовался биологическими процессами. Он первым предложил спиральную структуру белков, что впоследствии помогло Уотсону и Крику раскрыть структуру ДНК.

Полинг также изучал влияние витаминов на здоровье. Он стал сторонником мегавитаминной терапии, особенно витамина C, полагая, что его высокие дозы могут предотвращать простуду и даже рак. Хотя его идеи о витаминах остаются спорными, они стимулировали развитие исследований в области нутрициологии.

Борьба за мир и вторая Нобелевская премия (1962 г.)

Полинг не ограничивался наукой. В 1950-е годы он активно выступал против ядерных испытаний. Он доказывал, что радиоактивные осадки представляют серьёзную угрозу для здоровья людей, вызывая мутации и рак.

В 1958 году Полинг организовал петицию против ядерных испытаний, подписанную более чем 11 тысячами учёных со всего мира. Его усилия привели к подписанию в 1963 году Договора о запрещении ядерных испытаний в трёх средах, который ограничил испытания в атмосфере, под водой и в космосе.

За свою активную деятельность в защиту мира Полинг получил Нобелевскую премию мира в 1962 году.

Наследие и значение работ

Лайнус Полинг оставил после себя огромный вклад в науку и общественную деятельность. Его работы по химическим связям, электроотрицательности и биохимии стали основой для многих современных исследований.

Он доказал, что наука может не только раскрывать тайны природы, но и служить на благо человечества. Его борьба за мир и разоружение показала, что учёные несут ответственность не только за открытия, но и за их последствия.

Полинг умер в 1994 году, оставив после себя наследие великого учёного и гуманиста. Его труды до сих пор изучаются, а его идеи продолжают вдохновлять новых исследователей.