Номер 97, страница 203 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.97. Изобразите электронные и структурные формулы оксида серы(IV) и оксида серы(VI). Почему валентный угол в молекуле сернистого газа не равен 180°?

Изобразите электронные и структурные формулы оксида серы(IV) и оксида серы(VI)

Оксид серы(IV) или сернистый газ ($SO_2$)

Атом серы (S) имеет 6 валентных электронов, атом кислорода (O) также имеет 6 валентных электронов. Общее число валентных электронов в молекуле $SO_2$ составляет $6 + 2 \cdot 6 = 18$ электронов.

Электронная формула (формула Льюиса):
Центральным атомом является сера. Атом серы связан с двумя атомами кислорода. Чтобы удовлетворить правило октета для всех атомов, сера образует одну двойную и одну одинарную связь. При этом на атоме серы остается одна неподеленная электронная пара. Такая структура имеет две резонансные формы, так как двойная связь может быть с любым из двух атомов кислорода. В действительности обе связи S-O являются одинаковыми, их длина и энергия промежуточны между одинарной и двойной связью.

Структурная формула:
Молекула имеет угловую (или изогнутую) форму из-за отталкивающего действия неподеленной электронной пары на атоме серы. Условно структуру можно изобразить так:
O=S—O (с указанием, что на атоме серы есть неподеленная электронная пара).

Оксид серы(VI) или серный ангидрид ($SO_3$)

Общее число валентных электронов в молекуле $SO_3$ составляет $6 + 3 \cdot 6 = 24$ электрона.

Электронная формула (формула Льюиса):
Центральным атомом является сера. Атом серы находится в 3-м периоде и способен к "расширению октета", то есть может иметь на валентной оболочке более 8 электронов. Наиболее устойчивой считается структура, где атом серы образует три двойные связи с тремя атомами кислорода. В этом случае формальные заряды на всех атомах равны нулю. На атоме серы нет неподеленных электронных пар.

Структурная формула:
Молекула имеет форму плоского правильного треугольника, в центре которого находится атом серы, а в вершинах — атомы кислорода. Все три связи S=O равноценны, а валентные углы O-S-O равны $120^\circ$.

Ответ: Электронные формулы отражают распределение валентных электронов: для $SO_2$ характерно наличие одной неподеленной электронной пары у центрального атома серы и резонансных структур, что приводит к угловой форме молекулы. Для $SO_3$ характерно образование трех двойных связей атомом серы с тремя атомами кислорода, неподеленные электронные пары у атома серы отсутствуют, что приводит к плоской треугольной форме молекулы.

Почему валентный угол в молекуле сернистого газа не равен 180°?

Валентный угол в молекуле определяется геометрией, которая, в свою очередь, зависит от количества электронных пар (связывающих и неподеленных) вокруг центрального атома. Это объясняется теорией отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

1. В молекуле сернистого газа ($SO_2$) центральным атомом является атом серы (S).
2. Атом серы в $SO_2$ окружен тремя областями электронной плотности: двумя связывающими электронными парами (в двух связях S-O) и одной неподеленной (несвязывающей) электронной парой.
3. Эти три области электронной плотности стремятся расположиться в пространстве так, чтобы отталкивание между ними было минимальным. Такая конфигурация соответствует расположению по углам треугольника, то есть с идеальными углами около $120^\circ$.
4. Неподеленная электронная пара создает более сильное отталкивание, чем связывающие пары. Она занимает больше пространства и "сжимает" угол между связями S-O. В результате валентный угол O-S-O в молекуле $SO_2$ становится немного меньше $120^\circ$ (экспериментальное значение около $119,5^\circ$).

Линейная геометрия с валентным углом $180^\circ$ возникает тогда, когда вокруг центрального атома находятся только две электронные области (например, как в молекуле диоксида углерода $CO_2$, где атом углерода образует две двойные связи и не имеет неподеленных пар). Поскольку у серы в $SO_2$ есть третья область — неподеленная электронная пара — молекула не может быть линейной.

Ответ: Валентный угол в молекуле $SO_2$ не равен $180^\circ$, так как центральный атом серы, помимо двух связывающих электронных пар (в связях с кислородом), имеет одну неподеленную электронную пару. Наличие трех областей электронной плотности приводит к треугольной электронной геометрии и, как следствие, к угловой форме самой молекулы с валентным углом, близким к $120^\circ$, а не к линейной форме с углом $180^\circ$.