Решебник по химии 8 класс Габриелян | Страница 155

Проверьте свои знания

1. Какую химическую связь называют ковалентной? Каков механизм её образования? Как определить число непарных электронов на внешнем энергетическом уровне атома? Как обозначают электронные формулы внешнего энергетического уровня атомов?

Ковалентной называют химическую связь, которая образуется за счёт совместного использования электронов между атомами. В результате такого взаимодействия образуются общие электронные пары, которые принадлежат одновременно обоим атомам.

Механизм образования ковалентной связи основан на объединении непарных электронов внешнего энергетического уровня. Это происходит у неметаллов и некоторых полуметаллов, которые не могут легко отдавать или принимать электроны.

Пример: В молекуле хлора (Cl₂) каждый атом хлора имеет семь электронов на внешнем уровне и один непарный электрон. Два атома хлора объединяют свои непарные электроны, формируя общую электронную пару:

(Cl∙ + ∙Cl → Cl:Cl)

Записывают ковалентную связь в виде валентного штриха:

(Cl—Cl)

Таким образом, оба атома хлора достигают устойчивой электронной конфигурации, напоминающей благородные газы.

Число непарных электронов на внешнем энергетическом уровне можно определить, зная номер группы элемента в Периодической системе.

• Для элементов главных подгрупп (A-группы) число валентных электронов равно номеру группы.

• Количество непарных электронов определяется, если отнять парные электроны (по правилу октета или дуэта).

Примеры:

• У кислорода (O) (VI группа) 6 валентных электронов: 2 парных и 2 непарных.

• У азота (N) (V группа) 5 валентных электронов: 1 парная и 3 непарных.

Обозначение электронных формул:

• Кислород: (∙O:∙)

• Азот: (:N∙∙)

Такая запись отражает непарные электроны, которые участвуют в образовании ковалентных связей.

2. Сравните ионную и ковалентную связь.

Ионная и ковалентная связь — два типа химических связей, но они формируются разными способами.

• Ионная связь возникает между металлами и неметаллами за счёт передачи электронов от одного атома другому. В результате образуются положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы), которые притягиваются друг к другу.

Пример: (Na⁺ + Cl⁻ → NaCl)

• Ковалентная связь возникает между неметаллами за счёт совместного использования электронов. Атомы образуют общие электронные пары, обеспечивая устойчивую конфигурацию.

Пример: (Cl∙ + ∙Cl → Cl—Cl)

Сравнение:

• Ионная связь → электростатическое притяжение противоположно заряженных ионов.

• Ковалентная связь → образование общих электронных пар.

• Ионная связь характерна для солей и оксидов металлов.

• Ковалентная связь характерна для молекул газов и органических соединений.

• Ионные соединения имеют твёрдую кристаллическую решётку, ковалентные могут быть газообразными, жидкими или твёрдыми.

3. Запишите схему образования ковалентной связи на примере молекулы хлора.

Хлор (Cl) — элемент VIIA группы, у него 7 валентных электронов. Один электрон остаётся непарным, поэтому два атома хлора могут соединиться, поделив по одному электрону, образовав общую электронную пару.

Электронная схема:

(Cl∙ + ∙Cl → Cl:Cl)

Структурная формула:

(Cl—Cl)

Таким образом, каждый атом хлора достигает завершённого внешнего уровня с 8 электронами (правило октета).

Стр. 155

Примените свои знания

4. Молекула простого вещества состоит из двух атомов. Сумма чисел протонов в ядрах атомов, образующих молекулу, равна 16, что на четырнадцать меньше общего числа нейтронов. Определите:

а) формулу вещества;

б) какие изотопы данного элемента образовали молекулу;

в) какой вид химической связи реализуется в этом веществе.

а) Определим атомный номер элемента:

Сумма чисел протонов: 16, значит, один атом содержит 8 протонов, что соответствует кислороду (O).

Формула вещества: O₂ (молекула кислорода).

б) Определим изотопы кислорода:

Общее число нейтронов: 16 + 14 = 30.

Число нейтронов в одном атоме: 30 / 2 = 15.

Значит, в состав молекулы входит изотоп ¹⁷O (8 протонов, 9 нейтронов) и ¹⁵O (8 протонов, 7 нейтронов).

в) Вид химической связи:

В молекуле кислорода реализуется ковалентная неполярная связь с двойной связью (O=O), так как каждый атом кислорода имеет шесть валентных электронов и для завершения оболочки ему не хватает двух электронов.

5. Число общих электронных пар между двумя атомами в молекулах характеризует кратность ковалентной связи: одинарная, двойная или тройная. Какова кратность ковалентной связи в молекулах веществ, формулы которых H₂, Cl₂, N₂?

В H₂ (водород) связь одинарная (H—H), так как у водорода один валентный электрон, и для завершения уровня ему нужен только один общий электрон.

В Cl₂ (хлор) связь одинарная (Cl—Cl), так как у хлора 7 валентных электронов, и он образует одну общую пару.

В N₂ (азот) связь тройная (N≡N), так как у азота 5 валентных электронов, и для завершения октета ему необходимо образовать три общие электронные пары.

6. Найдите объём (н. у.), который занимают 112 г азота.

Определяем количество вещества азота (N₂):

Молярная масса азота: M(N₂) = 28 г/моль

Количество вещества:

(n = m / M)

(n = 112 г / 28 г/моль = 4 моль)

Используем закон Авогадро (при н. у. 1 моль газа занимает 22,4 л):

(V = n × Vm)

(V = 4 моль × 22,4 л/моль = 89,6 л)

Ответ: 112 г азота занимают 89,6 л при нормальных условиях.

Стр. 155

Выразите свое мнение

7. Американский химик Гилберт Льюис в своей работе «Валентность и структура атомов и молекул» в 1923 г. утверждал, что число электронных пар у атомов в молекулах, как правило, равно четырёх. Используйте это утверждение для обоснования постоянного состава двухатомных молекул. Почему это утверждение несостоятельно для двухатомной молекулы водорода?

Гилберт Льюис выдвинул гипотезу, согласно которой атомы в молекулах стремятся к октетной конфигурации, имея четыре электронные пары (то есть восемь электронов на внешнем уровне). Это утверждение хорошо объясняет постоянный состав двухатомных молекул неметаллов, таких как кислород (O₂), азот (N₂) и галогены (F₂, Cl₂, Br₂, I₂).

4. В молекуле O₂ каждый атом кислорода имеет шесть валентных электронов и образует двойную связь (O=O), при этом общий внешний уровень у обоих атомов заполняется до октета.

5. В молекуле N₂ атомы азота имеют по пять валентных электронов, и для завершения уровня они образуют тройную связь (N≡N).

6. В молекулах галогенов (Cl₂, F₂) атомы имеют по семь валентных электронов и образуют одинарную связь (Cl—Cl), снова достигая октета.

Таким образом, для большинства двухатомных молекул неметаллов гипотеза Льюиса подтверждается: атомы связываются так, чтобы каждый имел четыре пары электронов.

Однако это утверждение неприменимо к молекуле водорода (H₂), потому что:

• Водород имеет только один электрон, а его внешний энергетический уровень завершается двумя электронами (правило дуэта, а не октета).

• В молекуле H₂ два атома водорода образуют одну общую электронную пару (H—H), но у них нет четырёх пар, как у атомов кислорода или азота.

Следовательно, правило Льюиса справедливо для элементов с восьмиэлектронной конфигурацией, но не для водорода, который достигает устойчивого состояния при двух электронах.

Параграф 36. Ковалентная неполярная и полярная химическая связь