Вопрос ✔, страница 22 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава I. Строение веществ. Параграф 5. Ковалентная химическая связь. Вопрос в параграфе - страница 22.

Условие.

Из 118 химических элементов к металлам относят 96, а к неметаллам — 22. Тем не менее соединений с ковалентной связью в сотни тысяч раз больше, чем соединений с ионной. Почему?

Решение.

Решение 2.

Решение

Несмотря на то, что химических элементов-металлов (96) значительно больше, чем неметаллов (22), количество соединений с ковалентной связью в сотни тысяч раз превышает количество соединений с ионной связью. Этот парадокс объясняется фундаментальными различиями в природе этих двух типов химической связи и уникальными свойствами неметаллов.

1. Природа химической связи. Ионная связь, как правило, образуется между атомами с большой разницей в электроотрицательности – типично между металлом и неметаллом. Она основана на полном переходе электронов и электростатическом притяжении образовавшихся ионов. Соединения с ионной связью (например, $NaCl$, $CaO$) образуют кристаллические решетки с жестко определенным соотношением катионов и анионов, что ограничивает разнообразие возможных структур.

Ковалентная связь образуется между атомами с близкой электроотрицательностью (в основном между неметаллами) путем обобществления электронных пар. Этот механизм гораздо более гибкий.

2. Способность неметаллов к образованию разнообразных соединений. Ключевую роль играет уникальная способность некоторых неметаллов, и в первую очередь углерода, к образованию огромного числа соединений. Этому способствуют следующие факторы:

• Катенация: Способность атомов элемента соединяться друг с другом, образуя длинные цепи и сложные циклические структуры. Атомы углерода могут образовывать практически бесконечные цепи, что является основой органической химии и существования полимеров. Металлы такой способностью не обладают.
• Образование кратных связей: Атомы неметаллов могут образовывать не только одинарные, но и стабильные двойные (C=C, C=O) и тройные (C≡C, C≡N) связи. Это многократно увеличивает число возможных комбинаций и структур.
• Изомерия: Для одной и той же молекулярной формулы ковалентного соединения может существовать множество изомеров – веществ с разным строением и, следовательно, разными свойствами. Например, для формулы $C_4H_{10}$ существуют два изомера (бутан и изобутан), а для $C_{10}H_{22}$ – уже 75 изомеров. Для ионных соединений изомерия практически нехарактерна.

Таким образом, всего несколько элементов-неметаллов (углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор и галогены) способны создавать миллионы различных комбинаций, формируя целый мир органической химии. В то же время 96 металлов вступают в реакции с 22 неметаллами, образуя сравнительно ограниченный набор солей, оксидов и других ионных соединений.

Даже многие соединения, классифицируемые как ионные, содержат в себе ковалентные связи. Например, в сульфате меди ($CuSO_4$) связь между ионом $Cu^{2+}$ и сульфат-ионом $SO_4^{2-}$ является ионной, но связи между атомами серы и кислорода внутри сульфат-иона – ковалентные.

Ответ:

Огромное преобладание ковалентных соединений над ионными объясняется не количеством элементов, способных их образовывать, а уникальной комбинаторной способностью неметаллов (в первую очередь углерода). В отличие от металлов, неметаллы могут формировать длинные цепи и циклы (катенация), образовывать одинарные, двойные и тройные связи, а также создавать огромное количество изомеров для одной и той же химической формулы. Эти факторы приводят к "комбинаторному взрыву" и появлению миллионов органических и неорганических ковалентных соединений, в то время как ионные соединения, образуемые металлами и неметаллами, имеют гораздо более простое и ограниченное по разнообразию строение.