Номер 76, страница 20 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.76. Сформулируйте правило октета Льюиса. Для каких химических элементов это правило не выполняется?

Сформулируйте правило октета Льюиса.

Правило октета, сформулированное Гилбертом Льюисом в 1916 году, является фундаментальным принципом в химии для описания образования химических связей. Согласно этому правилу, атомы элементов главных подгрупп (особенно 2-го и 3-го периодов) стремятся к образованию химических связей таким образом, чтобы на их внешней (валентной) электронной оболочке находилось восемь электронов. Такое количество электронов соответствует электронной конфигурации инертного (благородного) газа, что является энергетически выгодным и стабильным состоянием.

Атомы могут достичь октета несколькими способами:

• Теряя электроны: Металлы, такие как натрий ($Na$), теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы) с завершенной внешней оболочкой предыдущего электронного уровня. Например, $Na ([Ne]3s^1) \rightarrow Na^+ ([Ne]) + e^-$.
• Приобретая электроны: Неметаллы, такие как хлор ($Cl$), принимают электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы (анионы) с октетом на внешней оболочке. Например, $Cl ([Ne]3s^23p^5) + e^- \rightarrow Cl^- ([Ne]3s^23p^6 \text{ или } [Ar])$.
• Образуя общие электронные пары (ковалентные связи): Атомы неметаллов могут обобществлять электроны, формируя ковалентные связи. Каждый атом вносит в связь один или несколько электронов, и эти общие пары электронов считаются принадлежащими обоим атомам, помогая каждому из них достичь октета. Например, в молекуле хлора $Cl_2$ каждый атом хлора имеет 7 валентных электронов и, образуя одну общую пару, достигает октета.

Таким образом, правило октета объясняет движущую силу образования большинства ионных и ковалентных связей.

Ответ: Правило октета Льюиса гласит, что атомы химических элементов стремятся к образованию химических связей таким образом, чтобы их валентная электронная оболочка содержала восемь электронов, что соответствует стабильной электронной конфигурации благородного газа.

Для каких химических элементов это правило не выполняется?

Правило октета является полезным, но упрощенным представлением и имеет множество исключений. Оно не выполняется для следующих групп химических элементов и соединений:

1. Элементы 1-го периода (Водород и Гелий): Водород ($H$) и гелий ($He$) имеют только одну электронную оболочку ($n=1$), которая может вместить максимум два электрона. Они следуют правилу дуплета (или дублета), стремясь к конфигурации с двумя электронами, как у гелия. Литий ($Li$) также стремится к конфигурации гелия, теряя один электрон.

2. Элементы с неполным октетом: Некоторые элементы, особенно бериллий ($Be$), бор ($B$) и алюминий ($Al$), могут образовывать стабильные соединения, в которых центральный атом окружен менее чем восемью электронами. Такие молекулы называют электронодефицитными.

   • Пример: В трифториде бора ($BF_3$) атом бора имеет на валентной оболочке только 6 электронов. В хлориде бериллия ($BeCl_2$) у атома бериллия всего 4 валентных электрона.

3. Элементы с расширенным октетом: Элементы 3-го периода и ниже (например, фосфор ($P$), сера ($S$), хлор ($Cl$), ксенон ($Xe$)) могут вмещать на своей валентной оболочке более восьми электронов. Это возможно благодаря наличию у них вакантных d-орбиталей, которые могут участвовать в образовании связей. Такие молекулы называют гипервалентными.

   • Примеры: В пентахлориде фосфора ($PCl_5$) у фосфора 10 валентных электронов. В гексафториде серы ($SF_6$) у серы 12 валентных электронов. В тетрафториде ксенона ($XeF_4$) у ксенона также 12 валентных электронов.

4. Соединения с нечетным числом электронов: Если общее число валентных электронов в молекуле нечетное, то невозможно для всех атомов достичь октета. Такие частицы (свободные радикалы) очень реакционноспособны.

   • Примеры: Оксид азота(II) ($NO$) имеет 11 валентных электронов, диоксид азота ($NO_2$) — 17.

5. Переходные металлы: Для d-элементов (переходных металлов) правило октета, как правило, не применимо. Их комплексы часто описываются другими правилами, например, правилом 18 электронов.

Ответ: Правило октета не выполняется для водорода, гелия, лития (следуют правилу дуплета); для элементов, образующих электронодефицитные соединения (например, $Be, B, Al$); для элементов 3-го периода и ниже, способных к образованию гипервалентных соединений с расширенным октетом (например, $P, S, Cl, As, Se, Br, Kr, Xe$); для молекул с нечетным числом валентных электронов (радикалов); а также для большинства переходных металлов.