Номер 3, страница 43 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 9. Пространственное строение молекул. Глава II. Строение вещества - номер 3, страница 43.

Условие.

3. Охарактеризуйте строение молекулы воды. Укажите вид связей, их количество, полярность. Как осуществляется перекрывание электронных орбиталей при образовании связей? Какую геометрическую форму имеет молекула?

Решение.

Решение 2.

Молекула воды ($H_2O$) состоит из одного атома кислорода (O) и двух атомов водорода (H), соединенных химическими связями.

Вид связей, их количество, полярность
Связь между атомами кислорода и водорода является ковалентной полярной. Это обусловлено значительной разницей в их электроотрицательности: у кислорода она одна из самых высоких (≈3.44 по шкале Полинга), а у водорода значительно ниже (≈2.20). В результате общая электронная пара смещается от атома водорода к атому кислорода.
В молекуле воды присутствуют две такие O-H связи. Из-за смещения электронной плотности на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($δ-$), а на атомах водорода — частичные положительные заряды ($δ+$). Угловое строение молекулы приводит к тому, что центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают. Поэтому молекула воды в целом является полярной (представляет собой диполь).

Ответ: В молекуле воды две ковалентные полярные связи; молекула полярна.

Как осуществляется перекрывание электронных орбиталей при образовании связей?
Образование связей в молекуле воды происходит за счет гибридизации атомных орбиталей центрального атома — кислорода. Атом кислорода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что одна его 2s-орбиталь и три 2p-орбитали валентного уровня смешиваются, образуя четыре одинаковые по форме и энергии гибридные $sp^3$-орбитали. Эти орбитали направлены к вершинам тетраэдра.
Две из этих гибридных орбиталей, на каждой из которых находится по одному неспаренному электрону, перекрываются с 1s-орбиталями двух атомов водорода. В результате этого осевого перекрывания образуются две прочные сигма-связи ($σ$-связи) O-H. Две оставшиеся $sp^3$-гибридные орбитали атома кислорода заняты его двумя неподеленными электронными парами.

Ответ: Связи образуются при перекрывании двух $sp^3$-гибридных орбиталей атома кислорода с 1s-орбиталями двух атомов водорода.

Какую геометрическую форму имеет молекула?
Геометрическая форма молекулы определяется взаимным расположением электронных пар валентной оболочки центрального атома (согласно теории VSEPR). В молекуле воды вокруг атома кислорода находятся четыре электронные пары: две связывающие (в связях O-H) и две неподеленные. Они стремятся расположиться в пространстве на максимальном удалении друг от друга, что соответствует тетраэдрической геометрии.
Однако неподеленные электронные пары отталкиваются сильнее, чем связывающие. Поэтому две неподеленные пары на атоме кислорода "сжимают" угол между связями O-H. Вместо идеального тетраэдрического угла в $109.5^\circ$, валентный угол H-O-H в молекуле воды составляет приблизительно $104.5^\circ$.
Геометрия молекулы определяется положением атомных ядер. Поэтому молекула воды имеет не линейную, а угловую (или изогнутую) форму.

Ответ: Молекула воды имеет угловую (изогнутую) геометрическую форму.