Номер 2, страница 250 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 53. Ковалентная связь и строение молекул. Глава 5. Строение вещества - номер 2, страница 250.

Условие.

2. Изобразите Льюисовы структуры следующих молекул и ионов: $HF$, $NH_3$, $NF_3$, $CF_4$, $Cl_2$, $N_2$, $OH^-$, $NO$, $NO^+$, $NO_2^+$, $SO_2$. Какие из них не удовлетворяют правилу октета?

Решение.

Решение 2.

Для построения Льюисовых структур необходимо выполнить следующие шаги:

1. Подсчитать общее количество валентных электронов всех атомов в молекуле или ионе. Для ионов нужно добавить (для анионов) или вычесть (для катионов) электроны, соответствующие заряду иона.
2. Определить центральный атом (обычно это наименее электроотрицательный атом, кроме водорода) и соединить его с остальными атомами одинарными связями.
3. Распределить оставшиеся валентные электроны по атомам так, чтобы у каждого (кроме водорода, у которого 2 электрона) было по 8 электронов (правило октета), начиная с более электроотрицательных периферийных атомов.
4. Если у центрального атома не набирается октет, переместить неподеленные электронные пары с периферийных атомов для образования двойных или тройных связей.

Правило октета гласит, что атомы (кроме H) стремятся иметь 8 электронов на своей валентной оболочке. Нарушения этого правила включают:

• Неполный октет: у центрального атома меньше 8 электронов.
• Нечетное число электронов: молекула является радикалом, и один из атомов не может иметь октет.
• Расширенный октет: у центрального атома (элементы 3-го периода и ниже) больше 8 электронов.

HF

Общее число валентных электронов: $1 (H) + 7 (F) = 8$.
Атомы соединяются одинарной связью. Оставшиеся $8 - 2 = 6$ электронов размещаются на атоме фтора в виде трех неподеленных пар. Водород удовлетворяет правилу дуплета (2 электрона), фтор - правилу октета (8 электронов).

Ответ: Структура Льюиса: $\text{H}-\underset{..}{\overset{..}{\text{F}}}:$

NH₃

Общее число валентных электронов: $5 (N) + 3 \times 1 (H) = 8$.
Центральный атом - азот. Он соединен с тремя атомами водорода одинарными связями (использовано $3 \times 2 = 6$ электронов). Оставшиеся $8 - 6 = 2$ электрона образуют неподеленную пару на атоме азота. Азот имеет октет, водороды - дуплеты.

Ответ: Структура Льюиса: $\text{H}-\overset{\Large ..}{\underset{\text{H}}{\text{N}}}-\text{H}$

NF₃

Общее число валентных электронов: $5 (N) + 3 \times 7 (F) = 26$.
Центральный атом - азот. Он соединен с тремя атомами фтора (использовано $3 \times 2 = 6$ электронов). Оставшиеся $26 - 6 = 20$ электронов распределяются: по 6 на каждый из трех атомов фтора ($3 \times 6 = 18$ электронов) и 2 электрона на атом азота. Все атомы удовлетворяют правилу октета.

Ответ: Структура Льюиса: $:\ddot{\text{F}}-\overset{\Large ..}{\underset{:\ddot{\text{F}}:}{\text{N}}}-\ddot{\text{F}}:$

CF₄

Общее число валентных электронов: $4 (C) + 4 \times 7 (F) = 32$.
Центральный атом - углерод. Он соединен с четырьмя атомами фтора (использовано $4 \times 2 = 8$ электронов). Оставшиеся $32 - 8 = 24$ электрона распределяются поровну между четырьмя атомами фтора (по 6 электронов на каждый). Все атомы удовлетворяют правилу октета.

Ответ: Структура Льюиса: $\underset{:\underset{..}{\text{F}}:}{\overset{:\overset{..}{\text{F}}:}{\text{C}}}-\overset{..}{\text{F}}: \\ \ \ \ | \\ \ \ :\ddot{\text{F}}:$

Cl₂

Общее число валентных электронов: $2 \times 7 (Cl) = 14$.
Атомы соединены одинарной связью (2 электрона). Оставшиеся $14 - 2 = 12$ электронов распределяются по 6 на каждый атом хлора. Оба атома имеют октет.

Ответ: Структура Льюиса: $:\ddot{\text{Cl}}-\ddot{\text{Cl}}:$

N₂

Общее число валентных электронов: $2 \times 5 (N) = 10$.
Чтобы каждый атом азота имел октет, между ними должна быть тройная связь ($3 \times 2 = 6$ электронов). Оставшиеся $10 - 6 = 4$ электрона размещаются в виде одной неподеленной пары на каждом атоме азота. Оба атома имеют октет.

Ответ: Структура Льюиса: $:N \equiv N:$

OH⁻

Общее число валентных электронов: $6 (O) + 1 (H) + 1 \text{ (заряд)} = 8$.
Атомы соединены одинарной связью (2 электрона). Оставшиеся 6 электронов размещаются на атоме кислорода. Кислород имеет октет, водород - дуплет.

Ответ: Структура Льюиса: $[:\ddot{\text{O}}-\text{H}]^-$

NO

Общее число валентных электронов: $5 (N) + 6 (O) = 11$.
Это молекула с нечетным числом электронов (радикал), поэтому правило октета не может быть выполнено для обоих атомов одновременно. Наиболее стабильная структура имеет двойную связь. В этом случае у кислорода 8 электронов, а у азота 7 (один неспаренный электрон).

Ответ: Структура Льюиса: $\cdot\ddot{\text{N}}=\ddot{\text{O}}$

NO⁺

Общее число валентных электронов: $5 (N) + 6 (O) - 1 \text{ (заряд)} = 10$.
Эта частица изоэлектронна молекуле $N_2$. Структура аналогична: тройная связь между атомами и по одной неподеленной паре у каждого. Оба атома имеют октет.

Ответ: Структура Льюиса: $[:N \equiv O:]^+$

NO₂⁺

Общее число валентных электронов: $5 (N) + 2 \times 6 (O) - 1 \text{ (заряд)} = 16$.
Центральный атом - азот. Для выполнения правила октета для всех атомов, азот образует две двойные связи с атомами кислорода. Все атомы имеют октет.

Ответ: Структура Льюиса: $[:\ddot{\text{O}}=\text{N}=\ddot{\text{O}}:]^+$

SO₂

Общее число валентных электронов: $6 (S) + 2 \times 6 (O) = 18$.
Центральный атом - сера. Можно нарисовать резонансные структуры с одной двойной и одной одинарной связью, где все атомы формально удовлетворяют правилу октета, но на атомах серы и кислорода появляются формальные заряды. Однако, поскольку сера находится в 3-м периоде, она может иметь расширенный октет. Структура с двумя двойными связями ($ \ddot{\text{O}}=\overset{..}{\text{S}}=\ddot{\text{O}} $) более предпочтительна, так как минимизирует формальные заряды, но в ней сера имеет 10 валентных электронов, нарушая правило октета.

Ответ: Структура Льюиса является резонансным гибридом двух структур. Например, одна из резонансных структур: $:\ddot{\text{O}}-\overset{..}{\text{S}}=\ddot{\text{O}}$. В структуре, минимизирующей формальные заряды, сера имеет расширенный октет: $ \ddot{\text{O}}=\overset{..}{\text{S}}=\ddot{\text{O}} $.

---

Не удовлетворяют правилу октета:

Молекулы и ионы из данного списка, которые не удовлетворяют правилу октета:

• NO: имеет нечетное число (11) валентных электронов, является радикалом. У атома азота 7 электронов на валентной оболочке.
• SO₂: в наиболее стабильной структуре (с минимальными формальными зарядами) атом серы имеет расширенный октет (10 электронов).

Ответ: NO и SO₂.