Номер 2, страница 55 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 12. Сернистый газ. Глава 1. Неметаллы - номер 2, страница 55.

Условие.

2. Изобразите электронную формулу молекулы сернистого газа.
Почему молекула нелинейная?

Решение.

Решение 2.

Изобразите электронную формулу молекулы сернистого газа.

Решение

Сернистый газ (или диоксид серы) имеет химическую формулу $SO_2$. Для того чтобы изобразить его электронную формулу (структуру Льюиса), необходимо сначала подсчитать общее количество валентных электронов.

Атомы серы (S) и кислорода (O) находятся в 16-й (VIa) группе Периодической системы химических элементов, следовательно, каждый из них имеет по 6 валентных электронов. Общее число валентных электронов в молекуле:

$6 \text{ (от S)} + 2 \times 6 \text{ (от O)} = 18$ электронов.

Атом серы является центральным, так как он менее электроотрицателен, чем кислород. Чтобы все атомы в молекуле соответствовали правилу октета (имели по 8 электронов на внешней оболочке), атом серы образует одну двойную связь и одну одинарную связь с двумя атомами кислорода. При этом на атоме серы остается одна неподеленная электронная пара. Молекула $SO_2$ является резонансной, то есть реальная структура представляет собой усреднение двух возможных структур, в которых двойная связь поочередно образуется с каждым из атомов кислорода. Ниже приведена одна из резонансных структур в виде электронной формулы (точками и черточками обозначены валентные электроны):

.. ..

:Ö = S̈ — Ö:

..

В этой структуре у левого атома кислорода 2 неподеленные пары и 2 связывающие пары (двойная связь), у атома серы — 1 неподеленная пара и 3 связывающие пары, у правого атома кислорода — 3 неподеленные пары и 1 связывающая пара. Таким образом, октет завершен у каждого атома.

Ответ: Электронная формула молекулы сернистого газа представляет собой резонанс двух структур, в каждой из которых центральный атом серы связан с одним атомом кислорода двойной связью, с другим — одинарной, и несет на себе одну неподеленную электронную пару. Например: $:Ö=S̈—Ö:$, с соответствующим распределением неподеленных электронных пар на атомах кислорода для выполнения правила октета.

Почему молекула нелинейная?

Решение

Геометрия (пространственная форма) молекулы объясняется теорией отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR, или метод Гиллеспи). Согласно этой теории, форма молекулы определяется взаимным отталкиванием всех электронных пар (как связывающих, так и неподеленных) на валентной оболочке центрального атома.

В молекуле $SO_2$ центральным атомом является сера (S). Вокруг него сосредоточены три электронных домена (области электронной плотности):

1. электронная плотность двойной связи S=O (считается одним доменом);
2. электронная плотность одинарной связи S-O (считается одним доменом);
3. неподеленная (несвязывающая) электронная пара.

Таким образом, для центрального атома серы мы имеем 2 связывающих домена и 1 неподеленный домен. Тип молекулы по VSEPR-методу обозначается как $AX_2E_1$.

Три электронных домена располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать отталкивание, что соответствует тригонально-планарной геометрии электронных пар с углами около $120^\circ$. Однако форма самой молекулы описывается положением атомных ядер, без учета неподеленных пар. Поскольку один из трех доменов — это неподеленная пара, а не атом, три атома (O-S-O) образуют не прямую линию, а угол.

Неподеленная электронная пара отталкивает связывающие электронные пары сильнее, чем они отталкиваются друг от друга. Это приводит к тому, что валентный угол O-S-O сжимается и становится меньше идеального угла в $120^\circ$ (экспериментально он равен примерно $119^\circ$). Из-за этого молекула имеет угловую (или изогнутую) форму.

Ответ: Молекула сернистого газа нелинейная, потому что на центральном атоме серы, помимо двух связей с атомами кислорода, находится одна неподеленная электронная пара. Эта пара оказывает сильное электростатическое отталкивание на связывающие электронные пары, в результате чего молекула приобретает угловую (изогнутую), а не линейную структуру.