Решебник по химии 8 класс Габриелян | Страница 155

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.

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)

• 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.

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).

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.

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.

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.

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.